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新冠病毒检测技术简史

基因谷 2023-05-10

The following article is from 原博士带你做检测 Author 原博士

    2023年5月5日,世界卫生组织(WHO)宣布,新冠不再构成国际关注的突发公共卫生事件(PHEIC,Public health emergency of international concern)。
    2020年1月30日,世卫组织宣布新冠疫情构成“国际关注的突发公共卫生事件”,这是世卫组织依照《国际卫生条例》所能发布的最高级别预警。自PHEIC首次建立以来的三年零三个月零五天里,各国向世卫组织报告了700万人的死亡。根据世卫组织和其他组织的估计,新冠大流行的真实死亡人数是这个数字的两到三倍。

从检测技术的角度,新冠为我们积累了大量的经验和教训,为人类面对下一次疫病大流行留下了宝贵的遗产。下面让我们从头回顾一下:

一、高通量测序技术
    从流行病学溯源的角度大家都想找到所谓的“0号病人”,但是从传染病的角度几乎不可能找到第一个感染者。测序技术的出现使我们能用最快的速度在第一批感染者中快速鉴定出病原并获得其全基因组序列。在新冠大流行期间也承担着新冠溯源的重要任务。

    2019年12月24日,广州微远基因科技有限公司接受武汉中心医院委托,为一名华南海鲜市场的65岁男性送货员(6天前发热经使用各种抗生素治疗无效),从气管镜采样的肺泡灌洗液样本进行NGS检测。2天后,发现样本报出敏感病原体——SARS冠状病毒,顿感事关重大,立即将数据分享给中国医学科学院病原所;1月27日,微远组装出了接近完整的病毒基因组序列,基本确认该患者的样本里有一个跟Bat SARS like coronavirus(蝙蝠类SARS冠状病毒)类似的新型病毒。



    2021年5月11日,国务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制综合组发布了《新型冠状病毒肺炎防控方案(第八版)》的《新型冠状病毒感染的肺炎实验室检测技术指南》中增加了病毒全基因组测序的内容。

“对核酸检测Ct值≤32的所有境外输入病例的标本、入境物品及相关环境阳性标本、本土疫情中的首发或早期病例、与早期病例有流行病学关联的关键病例、感染来源不明的本土病例标本以及疫苗接种后核酸检测阳性者标本进行测序。”

    在新冠流行期间,无论是二代还是三代测序都得到了广泛的应用,从测序方法上主要采用了宏基因组测序、探针捕获测序和多重PCR扩增子测序三种方法。这一方面是由于测序平台的成熟,另一方面在于全球新冠数据库的共享。

    当下各测序公司最火的tNGS(靶向测序)就是受益于新冠期间的技术积累。

检测人眼中的测序技术发展史

宏基因组测序病原微生物检测生物信息学分析规范化管理专家共识

二、核酸检测技术

1.实时荧光定量PCR

    2020年1月11日中国科学家上传了新冠病毒的全基因序列,WHO 1月17日就发布了德国科学家Olfert Landt 建立的COVID-19的核酸检测方法,中国CDC于1月21日发布了我国的检测方法,美国CDC于1月24日发布了自己的检测方法。

    很快美国CDC就发生了史以来影响最大的实验室核酸污染事件:2020年4月18日,《华盛顿邮报》(Washington Post)爆了一则重磅新闻,美国CDC在实验室生产的新冠病毒检测试剂出现了污染问题,导致全美的核酸检测推迟最少一个月。1月21日,CDC已经“确定开发”了新冠病毒的检测方法,并使用它来确认美国的第一例新冠病例,1月下旬,美国CDC对26个公共卫生实验室发放新冠病毒试剂盒,有24个实验室出现了假阳性反应。CDC紧急召回了诊断试剂,直到3月2日,CDC的新冠病毒试剂由IDT公司生产重新投入使用。这起实验室污染的代价是美国错过了黄金的疫情防控窗口,数万甚至数十万普通民众死亡。

对于实时荧光定量PCR,核酸气溶胶污染只能降低发生的频率而无法完全杜绝,在这方面我们也通过惨痛的教训积累了大量的经验。

如何预防和处理PCR检测实验室的核酸污染?

案例分享:当PCR实验室发生污染时该怎么做?

核酸气溶胶污染的终极解决方案

2.核酸检测POCT

雅培的新冠POCT设备一推出就得到了美国总统的代言,风光无限。

在这项技术即将大量应用时,深圳卫健委发布的《关于新冠核酸快检技术应用有关事项的通知》和《广东省新冠病毒核酸快速检测技术应用工作指引(试行)》,文件的核心是“缩小POCT应用范围,检测结果不能作为诊断依据,要以实时荧光PCR 检测结果为准”,给POCT的应用踩下了刹车。

《新型冠状病毒核酸快速检测临床规范化应用专家共识》共识要点1:由于技术发展的限制,尚未达到“理想POCT”的情况。我对核酸POCT的态度是:未来虽可期,当下需谨慎!

广深卫健委给核酸快检踩刹车!

核酸检测POCT:未来虽可期,当下需谨慎!

3.数字PCR

数字PCR由于高灵敏度、绝对定量的特点一开始就被应用于新冠的污水和空气检测。但是要实现真正的定量还需要进行科学的验证。

拒绝伪定量,数字PCR如何回归真定量!

4.CRISPR

    2020年2月,张锋教授团队利用基于CRISPR的技术,开发了一种检测新冠病毒RNA的方法。它仅需纯化的核酸分子样本,通过简单的三步,就能在1个小时的时间里完成检测。
    2020年9月,张锋教授和他在Broad研究所公布了他们进一步改良的基于CRISPR技术的新冠病毒简易检测流程。这一流程被称为STOPCovid.V2。
CRISPR技术并未得到广泛的应用,但是其潜力巨大,新冠后值得关注。
关于CRISPR的技术与八卦
PCR检测技术概述

三、抗体检测技术
    2020.9.11《新型冠状病毒肺炎防控方案(第七版)》的《新型冠状病毒感染的肺炎实验室检测技术指南》中增加了血清抗体检测的内容。

血清抗体检测(胶体金、磁微粒化学发光、ELISA)用作新型冠状病毒核酸检测阴性病例的补充检测,在疑似病例诊断中与核酸检测协同使用。实验室确认阳性病例需满足血清新型冠状病毒特异性IgG抗体阳性或恢复期较急性期4倍及以上升高。

    但是随着全体进行新冠疫苗免疫,卫健委不建议开展抗体检测。直到2023年1月14日武汉疾控预防医学服务中心在其公众号上发出消息可开展新冠病毒抗体水平检测,抗体检测才真正启动。

 


    目前的新冠抗体检测试剂盒主要针对N蛋白和S蛋白,随着灭活疫苗使用越来越少,腺病毒载体疫苗、重组蛋白疫苗和mRNA疫苗成为主流。这三类疫苗都是基于新冠病毒S蛋白的,疫苗免疫后只产生针对S蛋白的抗体,而病毒感染后可产生针对N和S蛋白的抗体,这样就可以通过检测N蛋白和S蛋白抗体区分免疫抗体还是感染抗体。

S蛋白和N蛋白抗体检测结果解读

新冠抗体检测落地,市场不大,意义重大!


四、抗原检测技术

    抗原检测的使用一直伴随着巨大的争议。

    2022年3月15日,国务院联防联控机制召开新闻发布会。国家卫生健康委临床检验中心副主任李金明在发布会上表示:“抗原检测应该用在高风险、高流行率的聚集性感染的人群检测,一般人群不要随意做抗原检测。李金明解释,人群流行率低于百万分之一,如果拿敏感性在85%、特异性97%的新冠抗原检测试剂盒,到千万人口的城市做筛查的话,会得到30万个阳性,但这30万个阳性里只有9个是真的,也就是说绝大部分是假阳性,当然检测是阴性的结果是可靠的。‘’具体原理我曾给大家手算了一遍。

新冠抗原检测不适合普通人群的数学解读

   


患病
未患病
总计
检测阳性
9(真阳性)
300000(假阳性)
300009
检测阴性
1(假阴性)
9699990(真阴性)9699991
总计
10
999999010000000


    2022年4月18日,上海市人民政府新闻办公室举行疫情防控工作新闻发布会,“市卫健委一级巡视员吴乾渝介绍,根据市疫情防控工作安排,从15日开始对封控区、管控区内所有人员进行“抗原+核酸”组合检测筛查,对防范区内所有人员进行抗原检测筛查:”抗原检测广泛应用于封城的上海。

新冠“抗原+核酸”组合检测的原理与最佳策略

    2023年1月6日,国家卫生健康委员会同国家中医药管理局发布了《新型冠状病毒感染诊疗方案(试行第十版)》,增加了新冠病毒抗原检测阳性作为诊断标准:

“抗原检测对于病毒载量较高的感染者具有较好的检测灵敏性。随着抗原检测技术的不断成熟和检测准确性的不断提高,新冠病毒感染者特别是传染性较强的感染者,能够通过抗原检测得到及时诊断。且考虑到多数感染者居家治疗,抗原检测操作简便,方便感染者进行快速自我检测。”

“抗原检测:采用胶体金法和免疫荧光法检测呼吸道标本中的病毒抗原,检测速度快,其敏感性与感染者病毒载量呈正相关,病毒抗原检测阳性支持诊断,但阴性不能排除。”

新冠抗原检测被认可,逐帧讲解基本原理



    在如新冠般的灾难面前,我们无法选择是否面对,但是可以选择如何面对!如果没有新冠,可能也不会有“原博士带你做检测”。 我将秉持“以数据追求真理,用事实捍卫良知!”的信念继续伴大家前行!



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