解码 SARS-CoV-2 基因组——诊断测试

“测试，测试，测试！”是一个被广泛吹捧的口号，用于控制 COVID-19 大流行。世界卫生组织和世界各地的其他联邦/州机构都宣传了这个熟悉的标语。事实上，快速检测人群是控制 COVID-19 等大流行病的基石。

广泛的检测为实施可以防止疾病进一步传播的公共卫生战略提供了合理的基础。它使当局能够就缓解政策做出明智的决定，例如社会疏远、呆在家里，以及在极端情况下的宵禁。在像 COVID-19 这样的空气传播疾病之后，这些重要的公共卫生举措对于减轻医疗保健系统的压力和拯救人类生命至关重要。

基于基因组的分析是设计针对 SARS-CoV-2 的测试套件的关键。无论是设计基于 DNA 的试剂盒（PCR、等温扩增、CRISPR）还是生成用于血清学检测的抗原，都是如此 .一家全球性非营利组织整理了一份所有可商用的 SARS-CoV-2 测试清单。在这里，我们将讨论目前使用的两种主要技术：基于 DNA 的测试和基于抗体的测试。

基于 DNA 的测试

目前对来自鼻子和喉咙拭子的病毒遗传物质进行的 COVID-19 测试使用一种常见的分子生物学技术，称为逆转录聚合酶链反应 (RT-PCR)。另一项测试采用了 Abbot Labs 开发的最新等温核酸扩增技术¹ .这两项测试都非常敏感。他们通过扩增 SARS-CoV-2 病毒特有的基因组区域来发挥作用。这种扩增由一对与病毒序列互补的寡核苷酸（也称为引物）引发。

目前的 RT-PCR 方法包括从鼻咽拭子中提取病毒 RNA，并将 RNA 逆转录为 DNA，然后进行 PCR 反应。 PCR 方法使用温度循环策略，包括使模板变性并将短引物与模板上的互补序列退火。聚合酶促进引物-模板复合物的延伸，导致目标扩增子的指数扩增。结果是在几个小时内获得的。有关 PCR 方法的详细协议由 WHO 和 CDC 共享。相反，雅培实验室的等温方法不受热循环的限制，COVID-19 在 5 分钟内获得阳性结果，而在 13 分钟内获得阴性结果¹ .

通过比较基因组分析确定的 SARS-CoV-2 中的独特区域可作为设计基于 DNA 的试剂盒中使用的引物或探针的独特标记。 SARS-CoV-2 是一种单链 RNA 病毒，基因组接近 30,000 个碱基。病毒基因组编码四种结构蛋白，即包膜蛋白（E）、膜蛋白（M）、核衣壳蛋白（N）和刺突蛋白（S）。

比较基因组分析已经确定了 SARS-CoV-2 特有的不同区域。通过使用 BLAST（基本局部比对搜索工具）算法在 GenBank 数据库（所有已测序基因组的全球存储库）中搜索相似序列来验证序列的唯一性。 ORF1ab、N、RdRp和S等基因中的独特区域目前用作SARS-CoV-2 RT-PCR诊断的引物² ，而雅培的 ID NOW™ COVID-19 快速检测针对的是 RdRp 基因。

即将出现的新方法

CRISPR 是一种流行的基因编辑技术，被认为是人口测试的可扩展选项。该方法利用 CRISPR 机器识别特定基因序列并对其进行切割的能力。 CRISPR 还切割了一个添加到反应中的报告分子，它可以快速揭示病毒遗传物质的存在。基于 CRISPR 的 SHERLOCK（Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing）被描述为一种纸试纸方法，可以在一小时内产生结果。 SHERLOCK 由麻省理工学院和哈佛博德研究所的张峰共同开发³ .加州大学伯克利分校的 Jennifer Doudna 开发的另一种方法利用 DNA 核酸内切酶靶向 CRISPR Trans 取代等温预放大冠状病毒的记者 (DETECTR)。 DETECTR 可在 30 分钟内提供结果⁴ .

基于序列的方法可提供有关患者体内是否存在病毒的关键信息，这些信息在制定公共卫生和安全政策时尤其有价值。在美国，我们目前仅对表现出 COVID-19 症状的人进行检测。然而，对于像 COVID-19 这样的疾病，无症状的人可能会在社区中传播病毒。

我们如何知道一个人是否已经感染了 SARS-CoV-2 并产生了免疫力？

基于抗体的测试

抗体检测可识别已感染且可能具有免疫力的无症状个体。抗体检测也是筛查整个人群和减轻社区传播恐惧的最佳策略。抗体结果呈阳性的个体也可能是一种潜在的血浆来源，可以注射到 COVID-19 患者体内，这种方法目前正在美国进行测试。

抗体测试需要了解对病毒至关重要的蛋白质，例如病毒外壳蛋白。理想情况下，那些触发免疫系统的病毒蛋白是最佳候选者，因为它们会启动标记或中和病毒的抗体的产生。然后有必要在实验室中生产病毒蛋白的这些部分或片段，并将它们转染到细胞系中，以用于检测抗体存在的免疫分析，例如 ELISA。

这种免疫测定可能成为家庭检测试剂盒的基础，以检测对 COVID-19 等疾病的免疫力。然而，开发这些工具包需要时间。这个过程中最具挑战性的瓶颈是表达正确构象的蛋白质或蛋白质片段。

SARS-CoV-2 刺突蛋白为诊断学的发展提供了一种潜在途径，因为它几乎没有独特的区域。几个团队正在测试 S 蛋白的受体结合域，而一些团队正在研究整个刺突蛋白² .其他潜在的候选者包括核衣壳蛋白和 S 蛋白。 FDA 正在评估不同的抗体测试方法，最近批准了第一个测试，这将有助于确定人群中有多少人具有免疫力⁵ .