新型冠狀病毒（2019-nCoV）引發(fā)的疫情引起了全國(guó)乃至全世界人民的關(guān)注。其中，有一個(gè)問題引發(fā)了廣泛討論：為什么確診人數(shù)在2020年1月18日之后出現(xiàn)了爆發(fā)性增長(zhǎng)？中國(guó)為什么能快速檢測(cè)新冠病毒？
作為生物檢測(cè)技術(shù)的研究者，筆者希望借此機(jī)會(huì)跟大家探討一下，如何診斷一個(gè)新發(fā)病原體，如何快速檢測(cè)新冠病毒。

核酸檢測(cè)需要多久

1月9日，本次不明原因的病毒性肺炎病例的病原體初步判定為“新型冠狀病毒”，能否快速，準(zhǔn)確地檢測(cè)到它，成為防控的關(guān)鍵。
在特異性的診斷方法出現(xiàn)之前，只能根據(jù)患者體征找到一些疑似病例。很不幸的是，這次的新型冠狀病毒肺炎癥狀上特異性不強(qiáng)。與SARS相比，此次肺炎起病并不很急，有些患者甚至沒有出現(xiàn)高燒。在這個(gè)流感橫行的季節(jié)，單靠病人體征這種太過粗糙的方法區(qū)分新型冠狀病毒感染者是非常困難的事。
1月16日，首批針對(duì)新型冠狀病毒生產(chǎn)的PCR試劑盒下發(fā)到各省級(jí)疾控中心，這是近幾日出現(xiàn)確診病例數(shù)量快速增長(zhǎng)的直接原因。
冠狀病毒檢測(cè)PCR試劑盒的工作原理大致是：通過提取病人樣本中的RNA，進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄·聚合酶鏈反應(yīng)（RT-PCR），通過擴(kuò)增反應(yīng)將樣本中微量的病毒信息加以放大，最后以熒光的方式讀取信號(hào)。如果PCR之后信號(hào)為陽(yáng)性，那么就可以說樣本中存在病毒（已經(jīng)感染），反之則說明沒有感染。

一次檢測(cè)需要多長(zhǎng)時(shí)間

初期大約需要16小時(shí)（本文數(shù)據(jù)根據(jù)常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室操作時(shí)間推測(cè)，不代表實(shí)際用時(shí)）。
引發(fā)本次肺炎的新型冠狀病毒，和它的近親SARS，MERS一樣，遺傳信息都是由單鏈RNA構(gòu)成。想要完成對(duì)它的檢測(cè)，至少需要經(jīng)過提取病毒RNA，和逆轉(zhuǎn)錄PCR（RT-PCR）兩步。提取病毒RNA本身也包含裂解樣本，提純RNA等多個(gè)工序，需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)。而RT-PCR，一般來說也需要至少三四個(gè)小時(shí)才能完成。整套工序流水線操作的話，總共大概需要一個(gè)工作日，即6-8小時(shí)左右，檢測(cè)結(jié)果都需要經(jīng)過復(fù)核，重復(fù)實(shí)驗(yàn)則需要花費(fèi)雙倍的時(shí)間。
這樣算下來，從1月16日湖北省收到國(guó)家疾控中心下發(fā)的試劑盒到1月18日通報(bào)第一批檢測(cè)結(jié)果，負(fù)責(zé)檢測(cè)病毒的工作部門可以說是馬不停蹄了。在此基礎(chǔ)上，目前有機(jī)構(gòu)開發(fā)出了簡(jiǎn)化版的試劑盒，可將單次檢測(cè)的時(shí)間縮短到約3小時(shí)。

怎么研發(fā)生產(chǎn)試劑盒

有的朋友可能還有疑問，從發(fā)現(xiàn)第一例患者到試劑盒下發(fā)，中間經(jīng)過了一個(gè)月左右，研發(fā)生產(chǎn)試劑盒為什么需要這么久？
其實(shí)，已經(jīng)很快了，我們來捋一捋試劑盒的開發(fā)流程：
病原分離和排查：此次導(dǎo)致疫情的病原是一種全新的冠狀病毒。在確認(rèn)這是一種從沒有見過的病原之前，需要排除掉所有已知病原：包括各類流感病毒（甲型流感、禽流感等），容易導(dǎo)致普通感冒的腺病毒，鼻病毒和已知能導(dǎo)致肺炎的冠狀病毒（SARS、MERS），衣原體，支原體等等。
設(shè)計(jì)引物：這是非常關(guān)鍵的一步，只有設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)囊?，才能進(jìn)行病毒檢測(cè)的PCR反應(yīng)?？茖W(xué)家需要對(duì)這個(gè)新找到的病毒進(jìn)行全基因組測(cè)序和生物信息學(xué)分析，設(shè)計(jì)引物（就是一段DNA序列），驗(yàn)證它的特異性，敏感性，確保它只能識(shí)別新型冠狀病毒基因。
工業(yè)化生產(chǎn)：可以說，除了引物，所有病毒核酸檢測(cè)試劑盒中的其他組分都是一樣的，所以大量合成適當(dāng)?shù)囊锞褪枪I(yè)化生產(chǎn)試劑盒的關(guān)鍵。
病原分離和排查需要花費(fèi)至少一周的時(shí)間，測(cè)序和生物信息學(xué)分析也需要三天左右。探針設(shè)計(jì)與特異性檢查又需要兩三天。也就是說，在一切都非常順利的情況下，也需要將近兩周的時(shí)間才能把設(shè)計(jì)好的引物投入工業(yè)化生產(chǎn)。目前，我國(guó)工業(yè)化DNA合成技術(shù)已經(jīng)推廣得非常普遍，一兩天的時(shí)間足可以生產(chǎn)出大量的產(chǎn)品（有些小劑量定制產(chǎn)品甚至可以當(dāng)日送達(dá)）。綜合各方面信息來看，這次疫情，我國(guó)最起碼在檢測(cè)手段的開發(fā)上做到了近乎完美的快速響應(yīng)。

除了核酸檢測(cè)，蛋白檢測(cè)也在路上

除了目前衛(wèi)生系統(tǒng)所采用的核酸檢測(cè)方法以外，基于病毒蛋白的檢測(cè)技術(shù)也可以在病原的快速檢測(cè)上起到很大作用。
在DNA/RNA攜帶的遺傳信息之外，病毒的蛋白外殼同樣也攜帶了大量涉及病毒結(jié)構(gòu)與致病機(jī)理的信息，同樣可以確定病人是否感染了病毒，以及是否對(duì)病毒有免疫能力。
核酸檢測(cè)依賴的是引物，病毒蛋白的檢測(cè)主要依賴抗體。只要找到了親和力足夠高，特異性足夠好的抗體，就可以省去提取病毒RNA的繁瑣步驟，直接用發(fā)病期患者的血清或痰液進(jìn)行蛋白免疫分析（一般是酶聯(lián)免疫吸附分析，ELISA），在3-5小時(shí)內(nèi)得到結(jié)果。如果采用基于微流控平臺(tái)的新一代免疫反應(yīng)器，甚至可以在保證檢測(cè)靈敏度的情況下，把總檢測(cè)時(shí)間縮短到30分鐘之內(nèi)，真正做到即時(shí)診斷。說一句題外話，筆者長(zhǎng)期致力于新型微流生物傳感器的開發(fā)，衷心希望這類新技術(shù)能在此次疫情中能起到應(yīng)有的作用，造福于國(guó)家和人民。
基于蛋白的病毒檢測(cè)開發(fā)難點(diǎn)在于抗體篩選生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)用抗體的生產(chǎn)高度依賴動(dòng)物（一般由鼠、兔、羊等動(dòng)物生產(chǎn)）。注射抗原后數(shù)日，還需要對(duì)動(dòng)物的免疫細(xì)胞進(jìn)行篩查，找到能用來生產(chǎn)高特異性抗體的淋巴細(xì)胞，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)增。即便是全速開動(dòng)，也需要2-3周的時(shí)間才能得到初步可用的單克隆抗體。相比基于RNA的PCR試劑盒，蛋白檢測(cè)試劑盒所需的開發(fā)時(shí)間要更長(zhǎng)，生產(chǎn)成本要更高。
在2003年的非典疫情中，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院，中科院北京基因組所，華大基因等單位都開發(fā)出了可以檢測(cè)SARS病毒本身，或患者對(duì)病毒免疫反應(yīng)的ELISA試劑盒。從這次疫情的反應(yīng)速度上看，預(yù)計(jì)近期第一批針對(duì)新型冠狀病毒的蛋白檢測(cè)試劑盒就將出爐，希望它們能對(duì)新型冠狀病毒肺炎的診斷起到較大的積極作用。

（作者：譚璞，單位：密歇根大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系）