新型冠状病毒核酸检测和血清检测

引言

活动性SARS-CoV-2感染的精准分子检测及后续抗病毒抗体血清学检测,是识别被感染个体和了解康复者免疫应答的重要工具。两种兼具高特异性和高灵敏度的检测方法(用于诊断和抗体检测)对于成功抗击新型冠状病毒肺炎(COVID-19)大流行均至关重要


目前迫切需要进行分子检测和血清学检测方法的研究、开发和生产,这也是全球许多实验室关注的焦点。普洛麦格可向这些实验室提供多种产品、定制服务与技术支持,包括设计、执行、扩展基于PCR的分子检测方法的实验室们以及进行血清学检测和新型血清学检测方法研发的实验室们。



PCR和血清学分析的SARS-CoV-2靶点


SARS-CoV-2属于正义单链RNA病毒。该病毒的基因组与SARS-CoV具有79.6%的序列同一性,且研究结果显示SARS-CoV-2病毒也会与相同的ACE2细胞表面受体结合(1,2)。


SARS-CoV-2基因组编码多种结构和非结构蛋白。结构蛋白包括刺突蛋白(S蛋白)、包膜蛋白(E蛋白)、膜蛋白(M蛋白)和核衣壳蛋白(N蛋白)(1,3)。


新冠病毒刺突蛋白的结构于2020年2月19日发表于《科学》杂志(4)。刺突蛋白被证实是与ACE2受体结合的位点,因其可作为中和抗体的潜在靶点(5,6)以及可防止病毒附着于靶细胞或阻止ACE2受体内化等疗法的靶点(7,8)而受到关注。已发现多种可作为抗病毒药物和其他治疗药物潜在靶点的病毒蛋白质(9)。



基于RT-qPCR的SARS-CoV-2检测方法


基于RT-qPCR的检测方法,原理在于扩增SARS-CoV-2特异性序列,是目前用于检测活动性感染的主要方法。此类检测方法可以靶向N蛋白、E蛋白、S蛋白和RdRp序列中的各种SARS-CoV-2特有序列进行检测(3,10)。具有两个或更多靶点的RT-qPCR检测方法具有更高的特异性。


世界卫生组织(WHO)已发布多种检测方案的概要信息,其中包括美国推荐的检测方案(11)。美国疾病控制和预防中心(CDC)建议使用CDC 2019新型冠状病毒(2019-nCoV)实时RT-PCR诊断面板进行初步诊断,该诊断面板包括选自病毒核衣壳(N)基因区域的引物和探针,以及用于检测对照组样本/临床样本中人体核糖核酸酶P(RNase P,RP)的附加引物/探针(12,13)。


其他组织也推出了相应的检测试剂盒。 2020年2月25日,Co-Diagnostics公司授权普洛麦格代为生产Logix Smart™COVID-19检测试剂盒,该试剂盒已获CE认证,可在欧洲地区作为体外诊断试剂使用。




“普洛麦格为能提供获批的扩增技术来支持CDC的快速响应和COVID-19检测实验室的工作而感到自豪”

-------------------------------普洛麦格临床诊断总监--------------------------------




CDC COVID-19诊断面板方案的产品选项


使用CDC 2019-新型冠状病毒实时RT-PCR诊断面板进行检测,推荐GoTaq®Probe 1-Step RT-qPCR系统作为预混液。2019-新型冠状病毒实时RT-PCR诊断面板通过FDA紧急授权下使用。



CDC 2019-新型冠状病毒(2019-nCoV)实时RT-PCR诊断面板是一种检测呼吸道样本中SARS-CoV-2特有序列的检测方案。


查看方案



RT-qPCR 系统

GoTaq® Probe qPCR and RT-qPCR 系统

A6101, A6102, A6120, A6121, A6110


COVID-19 PCR 检测方法的延伸阅读

 384孔板COVID-19 qRT-PCR检测方法的分析验证

巴西开发的SARS-CoV-2快速检测方法


COVID-19 检测指南

SARS-CoV-2血清检测方法的开发

基于PCR的方法仅能告诉我们采样时患者体内否存在病毒,但不能提供任何有关既往感染或抗病毒抗体的信息。想要阐明有关个体暴露的重要问题、开展人群筛查和监测,以及根本性了解这种疾病的适应性免疫应答,血清学检测必不可少。

目前,大量研究工作旨在了解对SARS-COV-2的免疫应答,包括识别可引起保护性反应的病毒抗原和开发检测抗SARS-CoV-2抗体的血清学检测方法。

使用具有高特异性和高灵敏度的血清学检测方法来验证是否存在病毒抗体,对于疫苗研发工作和了解个体是否可避免再次感染均至关重要。抗体检测方法应能够特异性检测SARS-CoV-2抗体,而与其他冠状病毒无交叉反应,因为交叉反应可能会产生假阳性结果。



特殊而敏感的问题:COVID-19抗体检测方法的缺陷

获取更多信息







“全球许多公司和科研团队目前均致力于开发血清学检测方法,以帮助抗击COVID-19。任何要被广泛应用的检测方法都需要经过灵敏度和特异性验证,且必须能够确定患者体内的抗体水平是否对其具有保护作用。”


- Ash Anderson, 普洛麦格首席医疗官



血清学检测方法类型


目前有许多血清学检测方法进入市场,且每天都有新论文发表,这使得有关SARS-CoV-2免疫应答的信息日益丰富。SARS-CoV研究和SARS-CoV-2初步研究结果表明,核衣壳蛋白(nucleocapsid proteins)和棘突蛋白(spike proteins)可引起保护性抗体应答,或可成为疫苗研发的候选抗原蛋白(5-6,14-16)。市面存在的许多检测方法均是检测N蛋白或S蛋白抗体(17)。仍有许多正在进行的研究旨在了解关于SARS-CoV-2免疫的尚未解决的问题,包括确定针对该病毒开发的IgG抗体是否具有长期保护作用。


有关SARS-CoV-2血清检测的最新摘要,详见约翰斯·霍普金斯大学健康安全中心(17)。


传统的酶联免疫吸附测定法(ELISA)联合化学发光免疫分析法和照护现场(POC)侧流测试法是目前可用的两种主要的SARS-CoV-2血清检测方法。


ELISA检测法

目前市场上存在的ELISA检测法或化学发光免疫分析法均使用病毒抗原捕获样本中的抗体,其中很多方法以SARS-CoV-2棘突蛋白或核衣壳蛋白为靶点。ELISA检测法的优势在于可定量测定抗体反应。但较之于照护现场侧流测试法,该方法更费时,因为其涉及更多试剂添加步骤和洗涤步骤。


点击此处观看ELISA检测法介绍


侧流测试法

进行侧流测试法时,将样本添加至含胶体金标记病毒抗原的固相载体试条,试条特定区域含抗人IgM和IgG。样本中存在的抗SARS-CoV-2抗体会先与病毒抗原结合,然后在测试条上移动时被抗人抗体捕获。如出现一条明显的胶体金线,则表明样本中存在IgM或IgG抗体。


点击此处观看侧流测试法介绍


普洛麦格产品对血清学研究的帮助 

监测细胞健康:SARS-CoV-2冠状病毒进入宿主细胞的方式以及如何阻断该病毒

监测报告病毒:非人类灵长类动物中重组SARS-CoV-2棘突S1-Fc融合蛋白诱导的高水平中和反应


监控报告病毒:骆驼科动物单域抗体对β-冠状病毒强效中和作用的结构基础


血清学检测资源

 

博客:抗体检测抗击COVID-19大流行:血清学检测的重要性

FDASARS-CoV-2检测常见问题解答


博客:COVID-19筛查、诊断和血清学检测的优缺点。


References
1. Zhou, P.  et al. (2020) A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat originNature 579, 270-3.
2. Zhu, N. et al. (2020) A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019NEJM 382:, 727-33.
3. Li, X. et al. (2020) Molecular immune pathogenesis and diagnosis of COVID-19. J. Pharm. Anal.10, Issue 2, (April) 102-8.
4. Wrapp, D. et al. (2020) Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformationScience367, 1260-3.  
5. Walls, A.C. et al. (2020) Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein Cell 181(2), 281-292.e6.
6. Wang, C. et al.  (2020) A human monoclonal antibody blocking SARS-CoV-2 infectionNat Commun 11, 2251.
7. Richardson, P. et al. (2020) Baricitinib as potential treatment for 2019-nCoV acute respiratory diseaseLancet 395, e30–e31 (2020).
8. Hoffmann, M. et al. (2020) SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and is blocked by a clinically proven protease inhibitorCell 181(2), 271-280.e8.
9. Wu, R., et al. (2020) An Update on Current Therapeutic Drugs Treating COVID-19Curr Pharmacol. Rep. May 11; 1‐15. doi:10.1007/s40495-020-00216-7. 
10. Corman, V.M. et al. (2020) Detection of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) by real-time RT-PCREuro Surveill.25, 10.2807/1560-7917.ES.2020.25.3.2000045.
11. World Heath Organization PCR protocol - World Health Organization. Accessed on May 13, 2020. https://www.who.int/docs/default-source/coronaviruse/whoinhouseassays.pdf?sfvrsn=de3a76aa_2.
12. CDC 2019-Novel Coronavirus (2019-nCoV) Real-Time RT-PCR Diagnostic Panel. Accessed May 13, 2020. https://www.fda.gov/media/134922/download.
13. Coronavirus Disease 2019 (COVID-19): FAQ for laboratories Accessed May 13, 2020. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/lab/testing-laboratories.html.
14. Tian, C. et al. (2020) Potent binding of 2019 novel coronavirus spike protein by a SARS coronavirus-specific human monoclonal antibodyEmerg. Microb. Infect., 9, 382-85.
15. Ahmed, S.F. et al. (2020) Preliminary Identification of Potential Vaccine Targets for the COVID-19 Coronavirus (SARS-CoV-2) Based on SARS-CoV Immunological Studies. Viruses 12(3), 254. 
16. Tay, M.Z., et al. (2020) The trinity of COVID-19: immunity, inflammation and intervention. Nat Rev Immunol.  https://doi.org/10.1038/s41577-020-0311-8.
17. Serology-based tests for COVID-19. Johns Hopkins University Center for Health Security.