香港抗疫大作战! 次世代定序(NGS)助监测病毒走向与防止扩散

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香港近两年因实施严格的新冠清零(COVID Zero)政策,在过去两年有效控制住新冠疫情。然而自 2022 年年初以来,因传染性极强的新冠变种 Omicron 自境外移入导致疫情大爆发,更在近日创下单日确诊数 5.5 万例的新高纪录。为阻止疫情持续升温,香港政府实施了迄今为止最严格的防疫限制措施和疫苗通关系统,敦促更多香港人民接种新冠疫苗。

另外,香港政府宣布计画透过建立 500 个筛检中心站以对香港境内的 740 万人口实施 3 次 的大规模全面 PCR 核酸检测。更多有关普筛的详细相关措施仍有待公布,但香港当地媒体已预期检测期间将可能伴随着长期且严格的封城。

在全民普筛开始之前,香港当局也透过发放 130 万套快筛试剂至各区,期望透过大规模的迅速筛检,分流出感染者以进行隔离,达到稳控疫情、切断传播链的作用。

解析三大 COVID-19 病毒检测方法的差异

目前检测是否受到新冠病毒感染的方法可分为 3  大类,分别为药局可购买到的抗原快筛、需专业人员操作的 PCR 核酸检测,与具侦测病毒突变、追踪传播链的次世代基因定序(Next-Generation Sequencing, NGS)。

1. 抗原快筛(Rapid antigen test)

抗原快筛的原理为透过设计过的抗体与病毒蛋白质作配对,其优势为结果取得快(约 10 – 30 分钟即可取得结果)、效率高、价钱便宜,因此适用于大量筛检,快速筛选出感染带源者。然而,也因其精准度较低,容易出现伪阴性、伪阳性等误判的状况,故后续通常会搭配 PCR 核酸检测再次作进一步的确认。

2. PCR 核酸检测(PCR test)

PCR 核酸检测是目前全球诊断染疫的标准方式,其优势为精确度与敏感性皆相较于抗原快筛来的高。需要透过专业实验人员以实验室相关设备,检测采样的检体中是否能侦测到新冠病毒的核酸片段,并以感染的病毒量作为感染程度的标准依据。检测时间约需 4 小时。

3. 次世代基因定序 NGS

有别于 PCR 核酸检测是透过侦测病毒的一小片段核酸来确认有无感染,NGS 基因定序可分析病毒的所有基因序列。不仅可以准确辨识感染者体内确切的病毒种类,还可以透过大规模比对变种病毒的特性,预测病毒的演变趋势,如以一来便能在新的变种病毒出现之前,就先做好预防措施。

次世代定序持续监测病毒走向,有望阻止疫情持续延烧

新冠病毒的每一条单股 RNA 都含有大约 30,000 个核苷酸。这些核苷酸蕴藏了病毒如何运作、复制和传播的密码。每当病毒序列产生变动时,病毒的检测、传染性以及其对疫苗的反应都可能随之产生变化。

在变种病毒肆虐的情况下,PCR 的准确率虽然比较高,也能大规模筛检,但若需确认感染到何种变种病毒,就需要以基因定序来大规模解码基因资讯。透过基因定序技术大量分析病毒的 RNA 基因体序列,不仅能掌握病毒演变模式、辨识病毒种类、即时检测疫情传播情形以确认感染者之间的关联性。

目前全球有许多生物科技公司投入 NGS 技术监控变种病毒,包括 Illumina、Thermo Fisher Scientific、Qiagen 等。其中,全球第一个新冠病毒基因体即是透过 Illumina 平台定序解密,这项突破大幅推进 PCR 检测与疫苗研发的速度,并在疫情初期发挥病毒溯源、侦测变种病毒、公卫防治基础的关键作用。

而在面对持续上升的新冠采检需求,Illumina 的 COVIDSeq™ Test 就扮演着非常重要的角色。该试剂方法在 2020 年获得 FDA 的紧急使用授权(EUA)为全球第一个用于诊断新冠病毒的 NGS 检测,可以灵敏地筛检 COVID-19 病毒,并精准地辨识病毒的变异株。 另外,COVIDSeq™ Test 搭配的通量定序平台  NovaSeq™ 6000 定序仪可在一天内分析 3,000 个以上的临床呼吸道样本,适用于大规模的基因定序与分析。

凝聚全球公私力量,共同助亚太地区新冠防疫

随着越来越多政府的卫生当局根据病毒基因组学信息来订定公共卫生政策,病毒定序的需求也越来越普遍,因此 Illumina 也特别提供科学使用 (RUO) 版本的 COVIDSeq™ Test 给美国以外的地区使用,利用基因资料找寻群聚感染的源头与关联,和提前辨识新的新冠变异病毒株。

NGS 是目前全球使用最广泛使用的新冠病毒检测设备。而面对仍持续进行的抗疫战疫,在后疫情阶段若能凝聚将公有和私有力量,协同卫生系统共同抗疫,这可望帮助人们应对未来的威胁,早日击退新冠疫情所带来的威胁。

延伸阅读:基因检测的黄金时代(基因线上国际版)

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