科学网综述：新冠及其他冠状病毒即时检测方法

作者：杨超月

An Overview on SARS‑CoV‑2 (COVID‑19) and Other Human Coronaviruses and Their Detection Capability via Amplification Assay, Chemical Sensing, Biosensing, Immunosensing, and Clinical AssaysYasin Orooji*, Hessamaddin Sohrabi, Nima Hemmat, Fatemeh Oroojalian, Behzad Baradaran, Ahad Mokhtarzadeh*, Mohamad Mohaghegh, Hassan Karimi‑Maleh*

Nano‑Micro Lett. (2021)13:18

https://doi.org/10.1007/s40820-020-00533-y

本文亮点1. 总结了各种检测SARS-CoV-2的扩增分析和传感技术。

2. 生物传感器必须实现定量输出，以获得更准确和便捷的结果。

3. 小尺寸检测平台的开发可实现在手机APP、LFA、生物传感检测技术等方面的应用。

内容简介2019年12月以来，在急性呼吸道疾病患者中发现了一种新的人畜共患病的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)。由于其爆炸性的传染速度，迫切需要像PCR和ELISA等临床检测来快速检测该病毒，以便及早识别受感染的患者。然而，这些技术很昂贵且不适用于即时检测(POC)。目前，缺乏快速、可用和可靠的POC检测方法，导致新冠肺炎成为一个可怕的全球性传染的危机。南京林业大学Yasin Orooji教授和电子科技大学Hassan Karimi‑Maleh教授等回顾了自SARS病毒被发现以来对人类产生致命危害的冠状病毒，并着重系统的总结了SARS-CoV-2病毒现有的病毒检测技术手段和最新的研究进展。本文详细介绍了冠状病毒的一般特征，描述了各种冠状病毒的扩增分析、传感、生物传感、免疫传感和适配检测方法，并将其作为检测SARS-CoV-2的模板。并且讨论了目前用于识别新冠状病毒(SARS‑CoV‑2)的每种技术的检测机制、优缺点。图文导读I 冠状病毒冠状病毒科是一个单链RNA病毒家族，包含27-32 Kb的阳性病毒基因组，由双层脂质膜覆盖，表面有大量蛋白颗粒或尖峰，直径约120 nm(图1)。该科隶属于套式病毒目(Nidovirales)，分为两个亚科，6个属，23个亚属，约40种。两个亚科，分别为冠状病毒亚科(Coronavirinae)和环曲病毒亚科(Torovirinae)，都可能涉及人类；然而，就涉及的范围和发病率而言，冠状病毒亚科相对更具有危害性。一旦冠状病毒开始感染人细胞，S蛋白就会将病毒颗粒附着在其宿主细胞上，从而促进病毒的脱壳过程并引发感染(图2)。肽酶是用作冠状病毒的主要受体蛋白质，例如SARS‑CoV和SARS‑CoV‑2以及HCoV‑NL63通过与ACE2或MERS‑CoV结合感染细胞同时使用DPP4作为进入宿主细胞的方式。

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图1. 人类冠状病毒的动物来源(自然宿主和中间宿主)；感染SARS-CoV-2的患者的临床表现；以及常见的冠状病毒及其结构。

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图2. SARS-CoV-2复制周期示意图。

II 检测方法

与其他病毒特别是呼吸道病毒相比，新型冠状病毒SARS-CoV-2具有很高的传染性，可以通过近距离接触传播、飞沫传播甚至环境传播。尤其是无症状病毒携带者进一步增加了病毒的传染风险。针对新冠肺炎的这些特点，设计针对该病毒的特异性诊断方法尤为重要。

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图3. SARS-CoV-2不同检测技术发展概况。

III 胸部CT胸部CT扫描是一种利用X射线发现肺组织改变的X线摄影和医学成像，通常有助于呼吸道病毒感染(如冠状病毒感染)的非特异性诊断。在中国武汉对新冠肺炎患者进行的一项研究表明，CT扫描的灵敏度约为98%，与RT-PCR71%的灵敏度相比尤为重要。但CT扫描的表现通常是非特异性的，与其他类型的肺炎相同。而将这种影像学与其他诊断技术(例如实时PCR或生物传感)相结合作为确认对识别COVID‑19患者是非常有意义的。IV 实时PCR在过去的几十年中，基于核酸的病毒检测已被用于确定病毒基因组的特定序列，从而确认根据症状推测的病毒感染类型。与其他类型的PCR技术相比，实时PCR具有一些优点，包括提高过程速度、缩短循环时间、去除等PCR后程序(如凝胶电泳)、减小扩增子大小以及量化病毒检测。尽管实时PCR检测的准确性和特异性很高，但这种检测既耗时又昂贵，而且还需要专业人员。