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新冠肺炎的基因診斷怎麼檢測的?

被懷疑感染新冠病毒,然後取檢體,然後基因檢測是啥?

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現階段大部分的 新冠病毒和 流感的診斷是用 基因篩檢 的,那這個篩檢怎麼進行的呢?就是取得受檢者的檢體,但是因為採樣的時候就只是拿特殊採樣“棉花棒”,所以病毒的基因量通常都會非常的微量,導致檢測難度非常高,那怎麼辦呢?有一個方法簡單且便宜,那就是把它複製很多次不就好了,沒錯~但怎麼進行呢?啊哈!!!!使用一個技術叫做PCR(全名:Polymerase Chain Reaction,翻譯:聚合酶鏈鎖反應),我還是用PCR來代表吧,簡單來說PCR,就是 “基因的複印機” !!

Nasal Swab on Make a GIF

Mandatory Nucleic Acid Tests for International Arrivals: What to ...
鼻腔的檢體採樣,要忍住不打噴嚏!!看起來就很不舒服~事實上就是拿兩倍長的 棉花棒 往鼻子裡面送~

PCR的運用非常廣,只要是需要將非常微量的檢體,複製倍增巨大化的運用都和他有關,不是只有診斷 新冠病毒 和 流感 而已哦!其他包括了,犯罪鑑識科學,基因排序,微生物研究,其它疾病診斷(比如說 愛滋病),甚至還有 考古研究化石的DNA

這個就是其中一種PCR機器,型號:SimpliAmp Thermal Cycler,中文直接翻譯叫做循環加熱器,為什麼叫循環加熱器呢?事實上他真的就很像舒肥機,接下我來會解釋,讓我們繼續看下去~

PCR的作用原理事實上並不難理解,就是把非常少量的基因,“影印複製”,達到足以偵查到的量,所以基本上,在PCR機器裡面發生的事情,就是一連串將非常少量的基因 “複製” 的過程,一分為二,二分為四,四分為八,在這個過程中,控溫是一個關鍵,所以就像舒肥機一樣,在固定的時間 提供 固定的溫度~ 將一段基因複製20到40次,聽起來不多? 算給你看,一段基因,如果被複製20次,它將會變成 2的20次方,那就是105萬倍,那如果複製40次,他就會變成2的40次方,那就是 1兆倍以上,這樣的複製量就會將診斷變得相對容易!但是當然也不是越多次越好,因為,只要是講到基因的複製,就一定會有 “突變” 的可能,無論是在真的細胞裡面還是在PCR機器裡面,複製約多次,錯誤的機會就越高,所以每一種類型的檢體的複制都有最適當的SOP,那至於複製的基本概念呢?我們下面就會一步一步用圖案和動畫解釋哦~(這裡我用雙股DNA做例子,因為這樣解釋會比較detail

基本上 PCR 須具備六個要素:

1. 欲複製的 DNA 檢體(Sample),這就是我們的原稿,需要複製的東西,也就是從病人鼻腔內取出的檢體~

2. 起點與終點的引子(Primers):因為我們不是要複製整條基因,我們只是需要復制某一段,那引子就是目標段的 “開始” 與 “結尾” 點~

3. DNA 聚合酶(Taq Polymearse),這個就是真正的 “複印機” 了,真正在複製基因的就是這個聚合酶了,它會將 “墨水” 一滴一滴 “複印” 上去

4. 基因的原料(nucleic acid),這個就是墨水了,我們的DNA雖然那麼長,那麼多,事實上就只含有四種原料,很少?你電腦的列印機也只有四種顏色( ),你的手機螢幕只有三種顏色(),而你的電腦也只懂兩個字(0和1)而已啊!

四色墨水夾
電腦列印機就是用這四種顏色,便能混合出所有的顏色!!

5. PCR所需要的酸鹼緩沖劑(Buffer Solution

6. PCR機器的專用容器

PCR 的檢體和各種試劑準備階段完成後將會被裝入專用容器,然後準備送入 “舒肥機” 開始反應:

PCR 的檢體和各種試劑準備階段完成後將會被裝進這樣的小罐子裡面

那麼至於流程是什麼呢? 動畫圖解⇓⇓⇓⇓⇓

1. 啟動(initiation),在這邊需要維持高溫(94度~96度)約10分鐘,這個溫度主要是去將複印機 “暖機” 的,也就是將等等需要的聚合酶活化,並且把病毒破壞掉,並將它們的基因 “煮出來

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2. 變性 (Denaturation),這個步驟的溫度高一點點,典型的環境是 97度15秒,或者95度30秒,主要是需將DNA “煮開來”~溫度要夠高才能把基因煮開來,但也不能煮太久或太高溫,會煮壞掉~

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3. 將引子黏上基因 (Annealing of primers),這個階段就要冷卻降溫了(50~65度),好讓引子(primer)可以 “黏” 上要復制的基因段,太高溫的話是黏不上去的;引子黏上去 “起點” 和 “終點” 以後,這段基因就是欲複製的基因了,基因複制會從起點開始,然後在終點結束,這個階段很快,不到40秒,起點引子 和 終點引子 就可以黏上基因!

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4. 開始複製(Elongation of primers),把溫度再次升高至72度,這個溫度是最佳工作環境,這時候 “暖好機的複印機” 就會進場,並且 “綁到” 引子和基因上面,現在你就知道 “引子” 多重要了吧!沒有 “引子” 的話,“複印機” 就不知道要從那邊開始複製!情:聚合酶 與 引子和 基因 結合!

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5. 這些複印機在72度的環境下,會一點一滴的將四種顏色的墨水複印上每一個相對位置(有點像拉拉鍊),這個步驟實質上 就是 活化的聚合酶 會照著模組,將四種核苷酸一點一滴拼湊成新的一條複製品!這個過程就和複印一模一樣,這麼一來,原本一條基因就變成兩條了!這個步驟主要還是要看欲複製的基因有多長,72度的環境下,平均速度大約落在每秒延長 35~100個單位

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6. 這麼一個循環就跑完了,欲複製的基因就這樣double了

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7. 接著,下一個循環再將上個循環複製出來的基因,再次double,這樣子的循環會重複20到40次的 “連鎖反應”, 把微量的檢體瘋狂的放大上百萬倍,甚至上兆倍,這個驚人的數量將足以讓鑑識人員做診斷或者基因確認~

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