作者董阳，云南农业大学教授

文字整理，科技日报记者赵汉斌

疾病的检测和筛查对治疗非常重要。新型冠状病毒引起的肺炎曾被当作普通流感对待。同一种疾病在不同的患者身上体现出不同的症状；同样的症状也可能是不同的疾病。面对传染病，首先要找出它的传染源。

病毒核酸检测是从基因水平进行筛选的方法。与血清学检测相比，具有更高的特异性和敏感性。它可以检测出样本中含量极低的病毒，大大缩短了病毒检测的“窗口期”。

套件看起来像什么？它是如何“工作”的？大家熟知的试卷用的是什么原理？让我们在这里和你谈谈。

我们的生活依赖肉眼看不见的微生物

直到今天，我们对微生物的了解极其有限。在微生物的世界里，我们就像无知的孩子在偷窥豹子，我们看到的只是冰山一角。17世纪显微镜逐渐形成后，人类终于可以看到微生物，但始终难以发现致病微生物。

列文虎克和他的显微镜

人体内自然存在大量的微生物，其中肠道内的微生物数量最多，种群最丰富。每个人的肠道里大约有两公斤的微生物，而人体内大约80%的正常微生物都集中在这里。它们的数量超过100万亿，种类多达四五百种。

微生物自然存在于我们的皮肤、汗液甚至健康人的尿液中。这些微生物大多是益生菌，它们与我们的身体和谐相处，甚至为我们提供了很多帮助。

我们生活的环境中也充满了微生物，土壤、空气体和水无处不在，要找到病原微生物是非常困难的，要准确区分病原微生物和环境微生物、益生菌，无异于赤手空拳大海捞针。

大肠中的微生物菌群数量是人体中最多的。图片来源:丰饶的你

古希腊医学认为，人体由血液、粘液、黄胆汁、黑胆汁四种体液组成，分别对应四种元素、四种气质。又被称为四体液说和四体液说，引领了欧洲2200年。自从现代医学开始，欧洲的医学就围绕着四种液体。

因此，显微镜发明后，医生们自然把目光放在了血液上，很快就意识到正常人的血液是无菌的。通过用显微镜检测血液中是否有微生物，人类已经发现了败血症的病因；通过测试体液，人类发现了霍乱的病原体。长期以来，病原微生物的发现一直是以“观察眼见—分类培养—接种动物实验确认”的方式进行的。一路下来，结果真的很惊人-

核酸生命基础的概念开启了一个新时代

现代传染病研究是基于病原微生物的发现。快速鉴定病原体，即使是一些难以分离培养的病原微生物，不需要培养也能准确鉴定，这是每一种传染病研究和治疗中最关键的技术。

1953年，DNA双螺旋结构被揭示，核酸是生命之本的观点开启了一个新时代。假设对于病原微生物的检测，只需要确定病原体的核酸序列，然后就可以知道有没有病原体是活的病原体。然而，实现核酸的检测非常困难。一个成年细胞中只有3微微克的DNA，必须通过实验方法进行扩增。

美国化学家凯利·穆赫利斯

1983年，放荡不羁、异想天开的美国化学家凯利·穆赫利斯发明了聚合酶链式反应技术，并于1985年申请了专利。从此，人们开始在试管中复制大量的DNA片段。在一条黑暗的道路上，整个生命科学和医学检验科学被分为前聚合酶链反应时代和后聚合酶链反应时代。因此，1993年，穆赫利斯和迈克尔·史密斯以及罗德尼·罗伯特·波特结合他们多年的研究成果，提出了一个相对成熟的抗体分子模型，波特也是桑格的第一个博士生。

他们认为，抗体是由两条重链和两条轻链组成的“Y”对称结构，“Y”的头部是用来识别抗原的。1976年，日本科学家susumu tonegawa和他的同事发现，人体内基因重排可以产生数百亿种不同的抗体，很好地解释了抗体可以特异性识别抗原的原理。1975年，英国科学家米尔斯坦和法国科学家科勒发明了单克隆抗体制备技术。这样，人们就可以获得大量具有高特异性和高纯度的抗体，并利用这些抗体的特异性来检测病原微生物。而且这种抗体-抗体反应非常迅速，可以实现化学试剂和抗体的结合，通过显色反应肉眼就能看到检测结果。因此，有一种众所周知的检测试纸条。

人类离筛选“害虫”病毒的时间越来越近了。

识别病毒的“侦探”真的来了

我们之前在科普文章中提到，病毒是一种个体小、结构简单、只有一种核酸的非细胞生物，必须寄生在活细胞中，通过复制进行繁殖。它由长核酸链和蛋白壳组成，但没有代谢机制，也没有酶系统。因此，当病毒离开宿主细胞时，它就变成了一种没有生命活动的化学物质，不能独立繁殖。但是，一旦进入宿主细胞，就可以利用细胞内的物质和能量以及复制、转录和翻译的能力，根据自身核酸所包含的遗传信息，产生像它一样的新一代病毒。

病毒比细菌小得多，寄生在细胞中。检测病原病毒远比检测病原菌困难，培养病毒远比培养细菌困难。如果我们依靠传统的检测方法，仍然很难发现和追踪病毒，这个人类杀手会变得更加肆无忌惮。

八管聚合酶链反应。图片来源:维基百科

幸运的是，得益于历代科学家的积累和发现，人类掌握了核酸检测技术和抗体检测技术。以这种新型冠状病毒检测为例，目前我们可以使用的成熟检测试剂盒有两种:

基于荧光定量PCR检测技术的试剂盒，如华大基因捐赠的试剂盒，是目前主流的检测试剂盒。因为冠状病毒是寄生或游离的，它需要遗传物质，也就是它自己的RNA。RNA可以通过逆转录酶转化为DNA，再通过聚合酶链式反应实现指数级的信号放大。扩增过程中加入荧光基团与延伸产物结合，检测时仪器读取荧光值，不仅可以实现定性检测判断病毒是否存在，还可以实现初步定量检测判断病毒数量。这种检测方法非常准确，具有很高的特异性和灵敏度。

基于抗体检测技术，这类检测试剂盒一般制备成试纸条。试纸条上针对新型冠状病毒的化学修饰抗体，在待测体液中遇到病毒时，会迅速与“抗体-抗原”发生反应，呈现出不同的颜色。整个检测时间可控制在15分钟以内，结果肉眼可见。这种检测可以实现即时检测，但准确率稍差，尤其是病毒潜伏期、病毒浓度和数量都比较小时，而且很容易。

2020年1月24日，国家病原微生物资源库发布了中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所成功分离的第一株病毒的信息，其电镜照片、新型冠状病毒核酸检测引物和探针序列等重要权威信息在国内首次发布，并提供共享服务。

揭示新型冠状病毒的几个重要节点

2019年12月30日

通过对武汉金银潭医院三名肺炎患者的全基因组测序，研究人员发现了一种从未见过的冠状病毒。

2020年1月6日

从感染的气道上皮细胞中分离出新型冠状病毒，并命名为2019-nCoV。为了确定在感染新型冠状病毒的人呼吸道上皮细胞中是否能观察到病毒颗粒，研究人员模拟感染新型冠状病毒的人呼吸道上皮细胞的培养，每天用光学显微镜观察，培养6天后用透射电镜观察。发现在人呼吸道上皮细胞表面接种96小时后可观察到细胞病变，成功观察并检测到新型冠状病毒。

2020年1月24日

国家病原微生物资源库发布了中国疾病预防控制中心分离的首个新型冠状病毒的电镜照片。

2020年1月25日

多家企业宣布成功研发出基于荧光定量PCR的新型冠状病毒检测试剂盒，并迅速捐赠，通过审批。

2020年1月27日

国家病原微生物资源库再次发布全球首次发布的重要权威信息，如新型冠状病毒核酸检测的中英文名称、序列号信息、电镜照片、引物和探针序列等，由中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所成功分离。当天，华大基因选择了国产测序仪进行新型冠状病毒检测。

2020年1月28日

据中国科学院之声中国科学院武汉病毒研究所报道，中国科学院已经研发出用于研究的抗体试纸。

研究人员正在进行新型冠状病毒株的分离实验。图片来源:浙江新闻客户端

也就是说，1月6日病毒测序完成后，新型冠状病毒的检测发生了巨大变化。通过测序技术获得病毒的基因组信息，同时分离病毒。现代检测技术使得病毒一旦被锁定就无处可逃。与非典相比，中国的速度这次引起了全世界的关注。此外，基于CRISPR-cas和Meta-genomics测序的更先进的检测技术可以完全实现新型冠状病毒的检测。当面对隐形杀手病毒时，我们这次不再茫然。有了这些病毒检测技术、DNA测序和序列分析技术、大数据病原体溯源系统，我们一定可以实现对病毒的精准攻击和歼灭！

最后，我们想告诉大家，从目前的情况来看，国家检测试剂盒的综合生产能力每天至少可以覆盖50万人次的检测，按照人均5次重复确认检测，我们每天可以完成10万人次的检测。当然，其中许多测试需要熟练的专业检查员和研究人员来操作；手术的第一步是接触患者或受试者的痰液、粪便或血液。这个过程有很大的感染风险，所以必须在有相应防控水平的实验室进行操作，这些检查人员也面临很大的风险。虽然有企业提出了一些可以替代人工检测的实验室自动化解决方案，但部署仪器设备、培训人员需要时间。所以，全社会有必要给这些检查人员一些时间，他们也是在拿自己的生命去换健康！

华大基因创始人王健老师指出，“建设万人水平的检测中心”是目前检测的最佳解决方案。集中测试不仅效率更高，而且可以避免测试过程中病毒的二次感染。

面对新型冠状病毒，我们有中国速度，有世界技术，有人类智慧。这一次，我们真的不用害怕。