什么是PCR?

多聚酶链式反应(PCR)通常用于研究扩增遗传物质,作为一名科学家,你可能不会再考虑这个过程。然而,由于在COVID-19检测中的应用,PCR这个术语现在已经离开了实验室,进入了每个家庭。

所以现在也许我们应该考虑一下PCR过程到底是如何工作的,以及如何向那些每天不使用PCR的人解释。

如果我们回到书中的例子“显微镜下:什么是DNA、RNA和蛋白质”,我们可以把PCR称为复印机,它可以从这本书中复制页面。但它不仅仅是一台复印机。

为了进一步说明这一点,我们假设复印需要一秒钟。10亿份拷贝需要10亿秒,比32年少了几天!

然而,在PCR反应中,一旦复印机复印了一份,这些复印件就可以用来制作更多的复印件。因此,在第一秒之后,您将有两个页面的副本,两秒后您将有四个副本,十秒后您将有1024个副本。

复印机指数增长图

因此,每循环一秒,大约需要30秒来制作10亿份拷贝!这意味着它比32年来制作一份拷贝快3300万倍。

这就是指数增长的力量。

以及PCR的力量。

有趣的事实:凯里·穆利斯在1993年获得了诺贝尔PCR奖。

PCR和COVID-19

当你在实验室里进行PCR时,你需要指定你想要复制的遗传物质。以我们的书为例,这相当于告诉复印机从一本特定的书中只复制10亿份第32页。如果书不在房间里,或者书中第32页不见了,那就什么也不做。

在COVID-19的PCR检测中,复印机被要求复制一小块COVID-19特有的病毒。如果那本书中的那一页在那里,那么在2小时结束时,我们将有10亿份这个小片段的拷贝。如果没有,我们就什么都没有了。

为了确保检测的准确性,COVID-19的PCR检测通常包括三个不同的片段(即三个不同的页面),这些片段是COVID-19特有的,只有当所有三个片段都被扩增时,才称之为“阳性”结果。

一旦PCR完成,就要进行检测,看看是否有10亿份拷贝。如果它是阳性的,而且你没有污染试管,那么COVID-19一定在样本中。

SARS-CoV-2:RNA病毒

像很多病毒一样,SARS-CoV-2不是由DNA编码的。它由RNA组成。这就是为什么它被称为“RNA病毒”。RNA病毒并不罕见,事实上很多植物病毒都是RNA。

有趣的事实:为什么有些病毒是RNA而有些是DNA之间有着有趣的区别。例如,RNA病毒比DNA病毒变异快得多。不过,在你告诉你的亲属这个事实之前,一定要强调,像人类一样,大多数突变都是对病毒有害的缺陷。

由于PCR只能用于DNA,所以在对COVID-19的PCR检测中,有一个额外的步骤将其从RNA转化为DNA。不是太难,只是有点痛苦,因为RNA更难处理。SARS-CoV-2病毒中的RNA被一个保护膜壳包围,但是RNA本身很容易被手上的蛋白质破坏。

SARS-CoV-2检测的PCR和抗体检测

PCR检测

到目前为止,本文的重点是PCR检测。然而,你的朋友和亲戚可能会问你,PCR检测和COVID-19抗体检测有什么区别。

PCR检测是看你是否有一个活跃的,持续的COVID-19感染。然而,如果你处于感染的早期阶段(即第一天或第二天),你可能患有该病,PCR检测结果仍为阴性,但这种情况很少见。

这种病毒似乎在鼻组织中复制得很好,这就是为什么PCR检测的首选方法是用长棉签尽可能地回到鼻子里。然后将拭子放入一个含有破坏膜壳的溶液的试管中,保存RNA,直到RNA转化为DNA进行PCR反应。

如果你感染了COVID-19,一旦病毒在你的系统中建立了存在,在你生病的几天内,甚至在你康复后的两周或更长时间内,PCR检测就会显示出阳性结果。大概一个月后,病毒会清除你的系统,你很可能会回到PCR检测的阴性状态。

PCR检测的一个优点是它的成本不高,用试管材料做检测的成本约为0.19美元。这是最贵的。然而,检测所需的PCR设备的价格从5000美元到50000美元不等,但这些都是大多数实验室的标准设备。

抗体试验

抗体测试是看你是否感染了COVID-19。它通过测量你的身体是否有抵御活动性感染的历史来做到这一点。这被称为替代检测:它不是测量实际的病毒,而是测量你是否对抗了病毒。因为有些人是无症状的,有可能你已经有了COVID-19,甚至不知道它。

抗体测试是在你的血液中寻找识别病毒的因子(抗体)。这与PCR检测相反,PCR检测可以识别病毒本身。你可能在发病后几天内对识别SARS-CoV-2的抗体呈阳性,并在相当长一段时间内保持阳性。

抗体测试的成本与怀孕测试或某些药物测试的成本相似。它用柳叶刀开始采集血样。不需要机器。然而,测试的准确率目前还不是100%,这取决于谁做了测试和他们的质量控制。当然,不同的检测方法不同,但抗体检测的误差大多是假阴性;你有COVID-19但测试没有发现。

总之,这就是COVID-19的PCR和抗体测试的工作原理。当然,尽管我们正在努力使这些帖子在写作时尽可能准确,COVID-19是一个快速发展的研究领域。所以,请不要把这些帖子当作医疗建议,也不要把它们作为做出医疗,甚至是政治决定的依据。

现在就这些了,但请注意显微镜下的下一个柱子!

关于迈克尔·韦纳博士

迈克尔·韦纳博士是Abcam的分子科学副总裁。在他的职业生涯中,他创立了四家以上的生物技术公司,包括Affomix、GnuBio和AxioMx。

在他的整个职业生涯中,韦纳博士开发了几种广泛应用于分子生物学的工具。其中包括第一个商业化的下一代DNA测序仪,一种基于珠的基因分型方法,以及生产单克隆抗体的改进方法。

除了作为科学家的职业生涯之外,韦纳博士还是多个生物科学专业人士的专职导师。他也是一个有创造力的艺术家!

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