The Scientist:SARS-CoV-2最新检测技术及未来发展趋势

时间:Mar 12, 2020   次数:

目前检测新型冠状病毒感染的方法依赖于特定的基因序列,不过已有新的测定方法正在开发,满足日益增长的对快速检测的需求。

根据SARS-CoV-2基因组的快速测序和COVID-19爆发早期的数据分布,研究人员开发出来多种测定方法,基于病毒的遗传片段诊断患者。但是,随着潜在病例数量的增加以及对全球大流行可能性的担忧增加,迫切需要进行更快,更易获得的检测方法。

布莱根大学流行病学家和免疫学家Michael Mina说,目前的测试方法是准确的,但是政府将检测权限局限在中央卫生机构或少数经过认可的实验室,限制了快速诊断新病例的能力。这些情况正在推动商业竞争,开发新的COVID-19检测方法帮助医院确诊病人。

全球范围内,目前已经报告了89,000例病例,其中中国有80,000例,还有3,000例死亡。该病毒已在64个国家/地区被发现,而仅仅在过去的一天中就增加了六个国家。

目前的SARS-CoV-检测
新型冠状病毒的完整基因组于今年1月10日发布,距中国武汉首次发现这种疾病仅几周时间。一周后,一组由德国科学家领导的研究人员发布了第一个COVID-19诊断规程,该规程使用的是患者鼻子和咽喉上的拭子样本。此后,世界卫生组织(WHO)选择了这种基于PCR的方案。


该测定法最初是根据SARS-CoV-2与它的近亲SARS之间的遗传相似性开发的,后来使用SARS-CoV-2基因组数据进行精制,靶向新发现病毒特有的病毒基因。从机理上说,这种检测检测的是SARS-CoV-2的E基因(该基因编码围绕病毒外壳的包膜)和RNA依赖性RNA聚合酶的基因。

英格兰公共卫生的医学总监兼卫生保护总监Yvonne Doyle表示,从实验室收到样品开始算起,需要24-48小时才能得出结果。迄今为止,在英国,所有阳性结果都是通过从患者样品中分离出的病毒的全基因组测序,总共36项,“检测分析的灵敏性还是很高的。”

悉尼病毒学家Dominic Dwyer说,这种方法还为澳大利亚的COVID-19实验室检测奠定了基础,迄今已诊断出27例。他说:“我们最终决定使用针对目标冠状病毒E基因的WHO引物进行筛选。” “如果筛选测试是阳性的,那么我们将进行一些确认性测试,比如选择病毒基因组的其他靶标。”

他们实验室还对每个病毒样本进行了完整的测序,寻找可能的SARS-CoV-2新菌株,并已在国际全球所有流感数据共享倡议(GISAID)数据库中共享了其中一些序列,以供其他研究人员使用学习。研究人员还对病毒进行培养,通过电子显微镜对其进行成像。 Dwyer说:“这实际上不是诊断检测,但可以对实验室的发现有所确认。”

他补充说,到目前为止,没有假阳性结果,因为每项阳性检测均已通过全基因组测序,病毒培养或电子显微镜得到了证实。关于假阴性,很难知道是否有任何被误诊的患者。

但并非所有国家都采用了WHO推荐的诊断方法。例如,美国疾病预防控制中心(CDC)已经开发了自己的检测方法,该方法可在N基因中寻找三个序列,该序列编码在病毒外壳(也称为衣壳)中发现的核衣壳磷蛋白。该测定法还包含依赖于RNA的RNA聚合酶基因的引物。Dwyer说测试的原理是一样的。只是遗传靶标不同而已。

Mina表示,目前尚不清楚美国CDC为什么选择开发一种不同于WHO,并被其他国家采用的检测方法。 “这是基于疾病预防控制中心所拥有的高级知识,还是仅仅是为了走自己的路,拥有我们自己的东西,并且对在美国和世界其他地方开发自己的测试感到满意?”

谁进行检测?
在英国,COVID-19的测试由全国范围内的多家认可实验室完成。在美国,直到最近,CDC才专门对COVID-19进行所有实验室检测。周转时间为24-72小时。 Mina认为,使医院能够进行自己的现场诊断会加快这一过程。 例如,医院可以在一小时内得到流感结果,最常见的是使用检测病毒抗原的检测方法。 “例如,我们花了很多钱在医院进行流感的快速测试,从而知道如何对人群进行分类。”

Mina说,要获得COVID-19的结果需要一两三天,这对医院产生了很大影响。阿拉巴马大学伯明翰分校的传染病医师Molly Fleece表示,疾病预防控制中心(CDC)已采取措施将RT-PCR检测试剂盒发送给州卫生实验室。她说:“希望全国各地更多的实验室能够使用这些检测试剂盒,而不必将所有样本送到CDC进行测试。”

但当发现一种CDC试剂盒的试剂有问题时,这项计划遇到了麻烦,CDC宣布该试剂正在重新制造。

正在开发的SARS-CoV-2新检测
为了应对流行病不断增长的诊断需求,现在有许多公司在开发商业化的检测试剂盒。大多数都在使用已经使用的相同实时PCR方法,但是也有一些则采用了不同的方法。例如,Mina及其同事正在与Sherlock Biosciences合作一种诊断方法。他们使用CRISPR技术和荧光探针标记靶标SARS-CoV-2序列。

Mina说:“在很多方面,它与实时PCR相似,但更灵敏,更快。”麻省理工学院的研究人员开发的另一种基于CRISPR的诊断发表使用纸条来检测目标病毒的存在,并声称花费大约一小时就能得到结果。不过尚未对COVID-19患者样品进行测试,该机构强调该测试仍需针对COVID-19或任何其他病毒性疾病进行临床开发和验证。同时,英法生物技术公司Novacyte已宣布发布针对COVID-19的实时PCR诊断试剂盒,据称它将在两个小时内得到结果。

另一种诊断方法是设计针对SARS-CoV-2病毒抗体的血液检测,Mina表示,这一进展将是监测病毒传播的重要下一步。 “我们是否可以开始从世界各地的人们那里采集血液样本,看看有多少没有症状或症状非常轻微的人实际上已经出现患上了疾病?”

这种方法可以帮助检测通过基于PCR方法的任何假阴性,但“我们还没有到推出血清学或抗体测试的阶段。”许多组织都在尝试分离抗体,其中一些成功率更高。新加坡-杜克大学国立医学院的研究人员已经使用抗体测试来证明两个单独感染群之间的联系,同时,中国台湾的研究人员也正在努力寻找可以用于诊断的SARS-CoV-2抗体,他们说这种检测可以在数分钟而不是数小时内得到结果。