如何科学检测新型冠状病毒?
在全国的这场战疫中,我们每个人都密切关注着每时每刻的疫情动态,尤其是物质供应和新型冠状病毒的确诊情况。其中,作为检测新冠病毒的主力,核酸检测试剂盒常常出现在大家的视野中,那么它是怎么检测疑似患者携带有新型冠状病毒?
知己知彼
在识别新型冠状病毒之前我们先了解一下它:
这种病毒是一类具有包膜、基因组为线性单股正链的RNA病毒,颗粒呈圆形或椭圆形,直径约60-140nm。
需要注意的是,上面的病毒照片是使用电镜放大到纳米级拍摄的,也就是说通过一般的检测手段,几乎察觉不到它的存在。这种病毒感染人体后,其症状会从普通感冒到重症肺部感染,而且潜伏期长,会使病毒携带者在不经意间感染更多的人。因此,尽早检测出它的存在,来减少病毒携带者感染他人风险,使新冠状病毒患者得到及时的专业治疗就成为重中之重。
根据国家卫健委发布的《新型冠状病毒感染的肺炎诊 疗方案(试行第四版)》确诊病例需要有以下的病原学证据:
1.呼吸道标本或血液标本等 实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性;
2.呼吸道标本或血液标本等病毒基因测序,与已知的新型冠状病毒高度同源。
目前,大部分的核酸试剂盒使用第一种方法,实时荧光 RT-PCR 来鉴定新型冠状病毒,这种技术的大概流程:
- 获取疑似患者的样本,提取样本的核酸序列。
- 将这些核酸序列(其中有可能包含有病毒核酸序列)与反应原料混合
- 在反应容器中进行扩增反应(这种反应可以只扩大病毒核酸序列的数量),便于后续检测
- 扩增后的核酸序列是带有荧光的,如果检测到荧光信号曲线符合病毒特征,那么就认为该疑似患者为阳性。
- 在实际过程中,对一位患者会进行多次检测
需要的材料:核酸试剂盒,QPCR仪,电脑,样本等
下面,我们详细了解这种技术是怎么揪出新型冠状病毒的。
如何放大病毒信号
我们都知道作为核酸序列的DNA可以复制自身,这个过程如下:
- DNA先打开双链,暴露出模板
- 引物(左右两个DNA片段)会特异性的结合到模板上
- DNA聚合酶(黄色的几何体)就可以利用碱基(彩色的小圆点)从引物开始复制,这个过程也叫扩增
- 只要这个反应有足够原料,新合成的DNA链又会作为模板链开始新的合成
- 最终,开始的序列会被以呈指数级的增加。利用这个特性,可以放大样品中微弱的病毒序列信号
实际上,早在上个世纪,一位叫穆利斯(Kary Banks Mullis)的牛人在体外实现了DNA复制过程。该技术被命名为聚合酶链式反应(PCR),因这个伟大的发明他在1993年获得了诺贝尔化学奖。
但是,需要注意的是2019新型冠状病毒是一种RNA病毒,PCR是针对DNA复制来设计的。
因此,我们需要将RNA逆转录为cDNA,然后进行DNA复制的过程,这个技术也叫RT-PCR(逆转录-PCR)。
如何只放大新型冠状病毒的信号
接下来的问题是怎么去识别2019新型冠状病毒,避免检测到其他的序列信号?
大家会注意到在PCR过程中,只有引物会特异性的结合到模板上,也就是说,设计好的引物可以识别新冠病毒的核酸序列。引物的设计工作就成为病毒检测成功与否的关键。
科学家根据已发布的2019-nCoV全基因组序列,通过序列比对寻找具有 2019新冠状病毒高度特异性的核酸序列,该序列可以特异鉴别2019新冠状病毒。
根据这个特点,在此区域设计特异引物用于2019新型冠状病毒鉴定。
如何进行信号检测
为了能够实时检测到核酸序列的变化情况,在PCR的反应体系中往往需要加入探针或染料用于荧光信号捕获。同时需要QPCR仪,这种仪器可以将荧光信号采集为计算机可以识别的数字信号,用于后续诊断依据。这里涉及的两种产生荧光的物质有着不同的发光原理:
- 荧光染料:一般这种游离的染料几乎没有荧光信号,一旦结合双链DNA后,其荧光信号可呈数百倍的增加。
- 荧光探针:依据目的基因设计合成一个能够与之特异性杂交的探针,该探针的核酸片段两端分别带有荧光基团和淬灭基团。
- 一般情况下,两个基团的空间距离很近,荧光基因因淬灭而不能发出荧光。
- PCR扩增时,探针的结合位置位于上下游引物之间。当扩增延伸到探针结合的位置时,一种切割酶会将荧光基团切下来,从而使其发出荧光。
- 检测到的荧光分子数与PCR产物的数量成正比,因此,根据PCR反应体系中的荧光强度即可计算出初始DNA模板的数量。
为了提高每次检测的人次,检测人员会将样本放置在孔板上,每个孔即为一个样本。同时,会加入空白对照,阳性对照,阴性对照来提高准确率。
接下来,使用计算机软件分析,会有几种结果:
- 空白对照,不会扩增
内参样本:会加入人源性内参基因的检测,满足临床对样本质量控制的需要,降低假阴性率。如果,该样本没有扩增曲线,需要检查质控情况
阴性对照:这里阴性对照,不会扩增
阳性对照:同样,阳性对照样本是存在已知新冠病毒的核酸(也就是说,已知该样本肯定要扩增),为了降低假阳性率。
病原检测人员会根据以上的数据来判断该患者是否为新冠病毒阳性。
最后,看看检测人员平时的工作状态:
新冠病毒对我们来说只是个新闻字眼,但是对于他们来说只隔着一层防护服。而且几乎所有奋战在一线的科学家,医护工作者,志愿者们都是身披这身战甲,在前线日夜奋战。他们无数人洒下泪水与汗水,更有人奉献出自己的生命,但是更多的人不是悲伤和恐惧,而是继续奔赴前线。也许艾青在《我爱这土地》中,早已给出他们奋不顾身的原因:
假如我是一只鸟,
我也应该用嘶哑的喉咙歌唱:
这被暴风雨所打击着的土地,
这永远汹涌着我们的悲愤的河流,
这无止息地吹刮着的激怒的风,
和那来自林间的无比温柔的黎明……
——然后我死了,
连羽毛也腐烂在土地里面。
为什么我的眼里常含泪水?
因为我对这土地爱得深沉……
如何科学检测新型冠状病毒?相关推荐
- 张文宏:WHO新型冠状病毒的传言和事实
点击我爱计算机视觉标星,更快获取CVML新技术 本文转载自华山感染. _ 前言 _ 复旦大学附属华山医院今天继续派驻一支210人的医疗团队赶赴武汉.已经在武汉金银潭医院的华山医院感染科徐斌教授告诉笔者 ...
- 新型冠状病毒肺炎影像学的理论依据(一)
参见百度百科https://baike.baidu.com/item/新型冠状病毒肺炎诊疗方案/24341924?fr=aladdin 新型冠状病毒肺炎诊疗方案 <新型冠状病毒肺炎诊疗方案> ...
- 华大基因:新型冠状病毒检测试剂盒日均产能已达8万人份
[TechWeb]2月4日消息,华大基因今日在深交所互动易平台上表示,截至目前,公司已经完成了约30万人份的新型冠状病毒检测试剂盒生产,日均产能已达到8万人份/天.同时已继续紧急安排增加生产30万人份 ...
- 详解医学顶刊《柳叶刀》最新发表新型冠状病毒研究论文
自微信订阅号<夕小瑶的卖萌屋> 前言 新型冠状病毒(2019-nCoV)的突发恰逢春节,千家万户都对疫情十分关注.令人心痛的是,病毒带来的不止有病痛,还有来自各路媒体的大量谣言和不实解读. ...
- 新型冠状病毒全球实时跟踪地图,多国研发疫苗,在中国或致8042例感染,爆发峰值预计2月中上旬 | 最新nCoV研究大汇总...
导读 约翰·霍普金斯大学的全球冠状病毒实时扩散地图 新型冠状病毒溯源取得阶段性进展,武汉华南海鲜市场存在大量新型冠状病毒 多国加紧研发新型冠状病毒疫苗和治疗药物 北大课题组:新型冠状病毒中间宿主或为水 ...
- 新型冠状病毒传染性有多强?何时达到疫情峰值?来看一下数学和统计建模结果...
我是夕小瑶,一只热爱科研和AI的小狐狸 来源 | 机器之心(id: almosthuman2014) 引语:在疫情肆虐的这几天里,国内外的流行病学家.统计学家都没闲着,他们基于疫情爆发初期的一些数据建 ...
- 应用实践 | 南方科技大学研发基于新型冠状病毒知识图谱模式挖掘系统
本文转载自公众号:南方科技大学计算机科学与工程系. 随着新型冠状病毒疫情的不断发展,有关疫情的各类信息也在不断更新,如何利用知识图谱从大量新型冠状病毒肺炎信息中高效挖掘相关频繁模式(如病毒的宿主.传播 ...
- “新型冠状病毒国家科技资源服务系统”入选全球15项世界互联网领先科技成果...
11月23日至24日世界互联网大会·互联网发展论坛在浙江乌镇举行,本次论坛由世界互联网大会组委会主办,主题为"数字赋能,共创未来--携手构建网络空间命运共同体". 中国科学院微生物 ...
- 新型冠状病毒传染性有多强?何时达到峰值?来看一下数学和统计建模结果
点击我爱计算机视觉标星,更快获取CVML新技术 本文转载自机器之心. 机器之心报道 参与:张倩.杜伟 「在家待着就能为国家做贡献」其实不只是一句玩笑话.在疫情肆虐的这几天里,国内外的流行病学家.统计学 ...
最新文章
- 技术经理:求求你,别再乱改数据库连接池的大小了!
- 正则表达式学习神器!
- hdu 2518 Dominoes
- MyBatis的动态SQL详解
- Opencv各种滤波实现
- 内核:多内核操作模式
- 索引超出数组界限是什么意思_从V8源码分析一个JS 数组的内存占用问题
- Mock 框架 Moq 的使用
- 工作总结13:vue官网封装组件
- 米斯特白帽培训讲义 工具篇 Nmap
- 网传“杭州市聘罗永浩为形象大使”?官方:为不实信息
- python类介绍_Python基础介绍 | Class类
- 【Linux】静态库与动态库的生成及调用
- 阶段1 语言基础+高级_1-3-Java语言高级_07-网络编程_第1节 网络通信概述_3_网络通信协议分类...
- 蓝桥杯单片机温度传感器DS18B20(基于STC15F2K60S2)
- 定位系统完美拍档——无线继电器
- 黄山学院计算机专业考研情况,为什么考入北大的研究生偏偏来自黄山学院这样的学校?...
- Mac 电脑系统重装(详细流程,包含 Intel、Apple M系列)
- background-size属性详解
- 产品经理,该如何做好「自己」这款产品?