瘟疫和病毒的知識與人類日常生活息息相關(guān)，從獲得健康長壽的生命，到提高生活質(zhì)量，再到下一代的遺傳和養(yǎng)育，這其中的答案，其實都與生命科學(xué)息息相關(guān)。
隨著新冠肺炎的爆發(fā)，“核酸檢測”這種醫(yī)學(xué)檢測手法也進(jìn)入了大眾的視野。那么，核酸檢測的原理是什么？為什么核酸檢測會有一定幾率出錯？面對新發(fā)感染性疾病，人類還有更先進(jìn)的病原體檢測手法嗎？
華大基因CEO、《生命密碼2》作者尹燁就在他的新書中為我們講述了病原檢測的過去與未來。
核酸檢測的原理是什么？
1953 年 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，開啟了分子生物學(xué)時代，使人類對病原體的研究從形態(tài)學(xué)層次深入到分子層次。
基于分子水平的核酸檢測技術(shù)漸漸成為病原體檢測的主流，它不必預(yù)先對病原體進(jìn)行分離培養(yǎng)便可直接檢測，方便快捷，而且靈敏度更高。
圖：信息時報 陸明杰 攝
核酸檢測技術(shù)是基于核酸雙鏈互補配對原則的核酸雜交技術(shù)，技術(shù)人員合成一段與特定病原體 DNA 或者 RNA 互補的單鏈核酸序列作為探針，并用生物素、放射性同位素、酶等進(jìn)行標(biāo)記，讓其與待測病原體的核酸進(jìn)行雜交。
如果探針能與待測病原體的核酸互補配對，便能觀察到標(biāo)記物的信號，這樣就可以證實待測病原體的種類。
這類檢測技術(shù)的特異度和靈敏度均較高，對感染性疾病的早期診斷有至關(guān)重要的意義。
示意圖：探針與病原體核酸互補結(jié)合后，探針上的標(biāo)記物便會顯色，通過觀察病原體樣本是否顯色即可確定病原體的種類（繪圖：李靖）
然而，有時因為患者體內(nèi)的病原體核酸含量過低，檢測時會有一定的難度。20 世紀(jì)八九十年代，PCR 技術(shù)的應(yīng)用使待檢測的病原體核酸數(shù)量可以成千上萬地擴增，大大提高了核酸檢測技術(shù)的應(yīng)用性和準(zhǔn)確性。
病原體免疫檢測技術(shù)進(jìn)化史
在古代，人們把大范圍暴發(fā)的感染性疾病稱為瘟疫，“醫(yī)圣”張仲景在其著作《傷寒雜病論》中提到：
“建安元年，丙子年，南陽自此連年疾疫，不到十年之間，張仲景宗族兩百余口，死者竟達(dá)三分之二?！?/p>
肉眼一般只能看到直徑大于 100 微米（0.1 毫米）的物體，而絕大多數(shù)病原體微生物至多是這個尺度的五十分之一，因此古代醫(yī)生無法鑒別引發(fā)瘟疫的病原體，只能通過“望聞問切”等方法觀察患者癥狀來確定所患的是何種疾病，從而對癥治療。
圖：紀(jì)錄片《本草中華》
1670 年，安東尼 · 列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）改進(jìn)了顯微鏡?；陲@微鏡技術(shù)的微生物學(xué)、寄生蟲學(xué)等學(xué)科相繼誕生，并催生了病原檢測技術(shù)。
19 世紀(jì)的德國細(xì)菌學(xué)家羅伯特 · 科赫（Robert Koch）是病原微生物學(xué)的開拓者。他發(fā)明了用苯胺對細(xì)菌進(jìn)行染色的細(xì)菌染色法，以及微生物的固體培養(yǎng)基培養(yǎng)法和懸滴培養(yǎng)法。
科赫提出了著名的科赫法則（Koch’s Postulates）: 對于某種感染性疾病，如果每一個患者體內(nèi)都能找到同樣的微生物，再把這種微生物提取、培養(yǎng)后，接種到健康宿主體內(nèi)能引起相同的病癥，而且被感染的宿主體內(nèi)能提取到這種微生物，就說明這種微生物是感染性疾病的病原體。
在科赫的理論上發(fā)展起來的現(xiàn)代病原體檢測方法包括涂片染色后顯微鏡觀察和病原體培養(yǎng)檢測。這兩種方法簡便易行，是極為常用的病原體檢測方法。
愛德華·詹納醫(yī)生為人接種“牛痘”。（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
隨著十八、十九世紀(jì)牛痘疫苗、炭疽疫苗和狂犬疫苗等疫苗的發(fā)明，人類對免疫機制的研究越來越深入。
基于免疫學(xué)中的抗體與抗原特異性結(jié)合的原理，多種免疫檢測技術(shù)相繼誕生，在病原體免疫檢測中，根據(jù)患者體內(nèi)的病原體能否與特定抗體結(jié)合，便可判斷病原體的種類。
假如病毒再度變異
更好的檢測方式是什么？
測序技術(shù)發(fā)明后，人類獲得了窺探生命遺傳本質(zhì)的能力，自此步入基因組學(xué)時代。而 20 世紀(jì) 70 年代 DNA 測序技術(shù)的發(fā)明，為感染性疾病的精準(zhǔn)診斷和精準(zhǔn)治療奠定了基礎(chǔ)。
近幾十年來新發(fā)感染性疾病不斷增加，現(xiàn)有病原體經(jīng)過變異形成新的病原體，原先未被發(fā)現(xiàn)的病原體入侵人類社會。
SARS病毒顯微鏡照片 圖/NIH Image Gallery / Flickr
部分新發(fā)感染性疾病如非典等，傳播速度快、波及范圍廣，具有嚴(yán)重的社會危害性。而人類對新發(fā)感染性疾病所知不多，在疾病出現(xiàn)之初不但缺乏成熟的防治方法，有時甚至難以診斷其病原體。
在這種情況下，運用 mNGS 技術(shù)可以幫助醫(yī)生對新發(fā)、疑難感染性疾病進(jìn)行診斷，快速明確感染病原，及時對患者進(jìn)行精準(zhǔn)治療。
2017 年 6 月，一位菲律賓籍船員在唐山港口出現(xiàn)頭痛、意識障礙、左半身偏癱的癥狀。
院方和華大基因采用 mNGS 技術(shù)，僅用了 30 個小時便從患者腦脊液樣本中檢出結(jié)核桿菌，證明患者感染的是結(jié)核性腦膜炎。明確病原之后，院方立即進(jìn)行了針對性治療，患者于 7 月中旬順利出院回國。
感染性疾病的傳統(tǒng)檢測技術(shù)對實驗室場地建設(shè)、儀器設(shè)備、從業(yè)人員等有很高的要求。
與之相比，即時檢測（point of care testing， POCT）技術(shù)將各種專業(yè)檢測技術(shù)整合到一個小型機器中，操作簡易，非專業(yè)檢測人員也可進(jìn)行操作；檢測場地也不受限制，在家庭、公共場所都能進(jìn)行檢測；檢測速度快，患者能得到及時的診斷和治療。
未來的即時檢測的檢測設(shè)備將向小型化、自動化、簡易化的趨勢發(fā)展。
病原檢測技術(shù)的發(fā)展前景
隨著技術(shù)的發(fā)展，檢測對象已經(jīng)從病原體個體水平深入到分子水平，并進(jìn)一步深入到 DNA 單堿基差異水平；病原體特性鑒定從種屬水平到單個病原體水平及其耐藥屬性，甚至到微生物群體水平；病原體檢測范圍從常見性病原擴展到少見、罕見性病原，從細(xì)菌病毒擴展到全部微生物甚至寄生蟲；診斷模式也將從醫(yī)生經(jīng)驗性的假設(shè)診斷到不需要提前預(yù)設(shè)病原體的數(shù)據(jù)診斷。
這些進(jìn)步都為現(xiàn)代感染性疾病的精準(zhǔn)預(yù)防、精準(zhǔn)診斷和精準(zhǔn)治療提供了保障。
展望未來，感染檢測技術(shù)的發(fā)展重點會向著更準(zhǔn)確、更快速、更便宜和更便捷的方向發(fā)展。
隨著分子診斷技術(shù)，特別是測序技術(shù)成本的進(jìn)一步降低以及檢測速度和性能的進(jìn)一步提高，再復(fù)雜的病原診斷也將不再困難，人類對于微生物的認(rèn)知也將更加全面、更加清晰，傳染、感染疾病的精準(zhǔn)醫(yī)療時代即將全面到來。
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