微生物科普：病毒的故事
病毒是一種古老的、原始的微生物，關(guān)于病毒的起源曾有種種推測：可能類似于最原始的生命；可能是細(xì)菌退化而來；甚至可能來源于隕石或彗星等“不速之客”。雖然病毒在生物進(jìn)化中地位并未確定，但是病毒一旦產(chǎn)生以后，也同其他生物一樣，能夠通過變異和自然選擇而不斷演化和進(jìn)化。



（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）



病毒的構(gòu)成只有一個蛋白質(zhì)外殼內(nèi)部包裹著DNA或RNA形成的一段序列，簡約的結(jié)構(gòu)卻并不簡單。病毒是一種靠寄生在細(xì)胞內(nèi)部才能存活和復(fù)制的微生物，病毒畢生的故事就像一部情節(jié)老套的連續(xù)劇，從尋找宿主開始、到入侵宿主和自我復(fù)制、宿主破裂病毒釋放，到尋找下一任宿主，周而復(fù)始。病毒對宿主的選擇還特別的挑剔，一般來說一種病毒只會寄生在一種或幾種特定細(xì)胞內(nèi)。


由于病毒入侵感染的細(xì)胞不同，因此進(jìn)行病毒檢測時樣本取材的部位也不盡相同。例如乙肝病毒只寄生在肝臟細(xì)胞內(nèi)，流感病毒只寄生在呼吸道的細(xì)胞內(nèi)。而這次引起全球范圍內(nèi)流行的新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）就大量存在下呼吸道粘膜和肺泡組織液中，對于感染初期的患者來說，如果僅從血液樣本中是很難捕捉到新型冠狀病毒的蹤跡。



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對于人體來說，病毒是一個外來的“入侵者”，當(dāng)病毒從破損的皮膚、粘膜、呼吸道、消化道等處入侵后，人體會產(chǎn)生一系列應(yīng)激性的反應(yīng)。病毒感染早期癥狀通常不是很明顯，隨著病毒不斷復(fù)制，數(shù)目顯著增加，會引起紅腫、潰瘍等局部炎癥，隨著病毒進(jìn)一步增多，人體會通過咳嗽、腹瀉、發(fā)熱等向外排出病毒，抑制病毒復(fù)制，并激活體內(nèi)免疫反應(yīng)，對入侵的病毒進(jìn)行全面滅殺。



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那么如何才能對病毒進(jìn)行有效的快速檢測呢？與細(xì)菌和寄生蟲等不同，由于病毒顆粒小，很難通過光學(xué)顯微鏡直接觀察，病毒載量高（通常大于10⁷個）時通過組織切片樣本進(jìn)行負(fù)染增強后，可使用電子顯微鏡觀測,但是通常到了這個時候，病人的“含毒量”也已經(jīng)很大了。現(xiàn)在更常用的病毒檢測從方法學(xué)上主要分為核酸測定和免疫測定兩大類。


在病毒感染早期，病毒數(shù)量很少，對于已知的病毒種類，核酸測定可以捕獲到病毒核酸特定的序列，從而抓住病毒入侵的“蛛絲馬跡”。但核酸檢測本身有很多步驟，從制備樣本開始，鼻拭子、咽拭子等樣本比血液樣本中含有更多雜質(zhì)，成分也更加復(fù)雜，這些成分很多會抑制核酸檢測試劑，降低檢出率。因此需要去除雜質(zhì)，將病毒的序列純化提取。核酸樣本儲存和運輸也是非常重要的環(huán)節(jié)，比如新冠病毒是RNA病毒，而RNA不穩(wěn)定，非常容易降解，因此存儲條件至關(guān)重要。這些步驟中出現(xiàn)任何一個問題都可能導(dǎo)致病毒核酸無法檢出。



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免疫測定是一種間接檢測方法，主要是尋找針對該病毒的特異性抗體，以檢測抗體來代替直接檢測病毒。舉例來說，如果有人感染了麻疹病毒，且沒有接種過疫苗，那么身體里就會產(chǎn)生針對麻疹病毒的抗體。同樣，假設(shè)被新冠病毒感染，我們的身體也會產(chǎn)生針對新冠病毒的抗體。IgM是初次體液免疫應(yīng)答中最早出現(xiàn)的抗體，是機體抗感染的“先頭部隊”，在感染的初期起作用但維持時間短、消失快。一般在感染新冠肺炎后的7天，發(fā)病3天左右，血液中就會產(chǎn)生特異性IgM抗體。將IgM抗體檢測和核酸檢測互相印證，就可以極大提高新冠肺炎的診斷率。而IgG抗體則產(chǎn)生較晚，但維持時間長、消失慢、濃度高，可作為遠(yuǎn)期感染的指標(biāo)。并且對于病毒治療和疫苗研發(fā)的意義也非常重大。通過對恢復(fù)期患者血清中抗體提取和純化，可以有望尋找到對病毒有明顯抑制作用的“中和抗體”，這可以快速應(yīng)用的臨床危重癥患者的治療，也可以用于預(yù)防性疫苗的研發(fā)。


無論是核酸檢測，還是抗體檢測，都是“有的放矢”，對已知病毒進(jìn)行檢測。而高通量測序在病毒檢測，尤其在新病毒發(fā)現(xiàn)和鑒定中發(fā)揮著大作用。對于未知病毒鑒定來說，首先需要完成病毒的分離和純化，通過對未知病毒核酸序列進(jìn)行測序和鑒定。通過對臨床病毒基因組進(jìn)行連續(xù)分析，就可以跟蹤病毒隨時間的突變，這對揭示病毒在時空中傳播的偏好和特點，實時監(jiān)控病毒在易感人群中的傳播更為重要，也可以為公共衛(wèi)生干預(yù)手段提供信息，讓我們更好地知道病毒如何變異，如何傳播，從而讓我們更好地預(yù)測未來，并希望能預(yù)防病毒的進(jìn)一步傳播。


傳統(tǒng)的檢測方法是在實驗室中對病毒標(biāo)本進(jìn)行核酸擴增、凝膠電泳、免疫熒光標(biāo)記等分析，隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，新的病毒檢測技術(shù)在靈敏度和準(zhǔn)確性方面進(jìn)行了很大提升。例如數(shù)字PCR、雜交捕獲免疫熒光、膠體金免疫分析、CRISPR（規(guī)律間隔成簇短回文重復(fù)序列）基因編輯技術(shù)、下一代測序等新技術(shù)不斷發(fā)展。


快速、準(zhǔn)確是檢測中最重要的兩個指標(biāo)。目前發(fā)展前景最好的，是可便攜式的快速檢測技術(shù)，可以將病毒快速檢測部署到醫(yī)院甚至社區(qū)中。一體式的儀器可以在全封閉檢測芯片完成核酸提取及檢測，可適用于急診、ICU、救護(hù)車、社區(qū)、家庭、火車站等環(huán)境下快速識別感染人群，這為病毒防控提供了更有力的武器。


參考文獻(xiàn)：
1. 《病毒的起源與進(jìn)化》（西）多明戈 科學(xué)出版社 2009 ISBN 9787030243096
2. 《人體和細(xì)胞的故事》之病毒和免疫的戰(zhàn)爭孫涵蘊https://zhuanlan.zhihu.com/p/36727863
3. 呼吸道病毒多病原檢測技術(shù)研究進(jìn)展隋竑弢，王大燕，舒躍龍 《病毒學(xué)報》2013年02期


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