早期发现：检测冠状病毒的新方法

作者：Giwan Seo，Geonhee Lee，Mi Jeong Kim，Seung-Hwa Baek，Minsuk Choi，Keun Bon Ku，Chang-Seop Lee，Sangmi Jun，Daeui Park，Hong Gi Kim，Seong-jun Kim，Jeong-O Lee，Bum Tae Kim，Edmond Changkyun，Seung II Kim。

目前全世界新冠肺炎病例已超过五百多万例，死亡人数接近三十五万人，而SARS-CoV-2是导致这种疾病的病毒，估计平均有一名感染者将病毒传播给二点二人。1由于到目前为止还没有针对SARS-CoV-2进行有效免疫的药物或疫苗，及早发现可以防止疾病的传播。目前最先进的病毒检测方法是逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)。RT-PCR包括分离病毒RNA并将其转化为DNA，然后进行一连串的反应。整个过程至少需要3小时，RNA制备阶段会影响诊断的准确性。因此，人们越来越需要一种快速、直接检测SARS-CoV-2的方法，而不需要样品制备步骤。

为了弥补这一差距，来自韩国的研究人员开发了一种基于晶体管的生物传感器，可以从人类唾液拭子中检测SARS-CoV-2。基于晶体管的生物传感器通常由顶部有生物敏感层的晶体管组成，可以检测DNA和蛋白质等分析物。当分析物附着在生物敏感层上时，通过晶体管记录电流的变化。基于晶体管的生物传感器由于其快速的结果和较低的检测量要求而逐渐流行起来。

SARS-CoV-2病毒有四种不同的蛋白：刺状蛋白、包膜蛋白、基质蛋白和核衣壳蛋白。在这四种蛋白中，SARS-CoV-2的“刺突”蛋白与MERS-CoV等其他密切相关的病毒相比具有独特的结构。因此，它被广泛用于SARS-CoV-2的检测。在这种情况下，生物敏感层是使用SARS-CoV-2尖峰抗体形成的，该抗体使用连接物固定在晶体管表面(图1)。当拭子含有SARS-CoV-2病毒时，通过病毒中的刺突蛋白和晶体管上的抗体之间的相互作用，它会附着在晶体管上。病毒在表面的这种结合改变了晶体管的输出电流。

研究人员随后探索了两个主要问题：检测极限是什么，以及该设备能否选择性地从其他常见冠状病毒中检测到SARS-CoV-2的尖峰蛋白。图2a表明，该生物传感器可以检测到1fg/mL(1fg=1/1015g)的尖峰蛋白，远低于目前的标准检测技术。他们还发现，在另一种冠状病毒MERS的尖峰蛋白存在的情况下，该平台可以选择性地检测SARS-CoV-2的尖峰蛋白(图2b)。一旦他们确定了该平台对病毒中存在的刺突蛋白的敏感性和特异性，他们就测试了该方法对实际病毒的可行性。以SARS-CoV-2病毒为例，该生物传感器可以检测到很低的浓度，显示了该生物传感器作为快速、高灵敏度诊断平台的潜力。

最后，对临床样本进行了测试，分析了该生物传感器的性能。分别采集1例正常人和1例新冠肺炎患者的拭子标本。在添加患者样本之前，将正常样本加载到设备上。图3a清楚地显示，患者样本在几分钟内产生与正常样本不同的信号。即使在将患者样本稀释100000倍后，仍观察到明显的反应。这表明使用该平台进行诊断只需要很少的样本(图3b)。

这项工作突出了诊断新冠肺炎病例的快速检测技术的发展。此外，这一概念可以扩展到其他病毒性疾病，以便于早期发现，改善患者的预后。然而，需要进行更多的对照实验，以提高对这些类型的生物传感器的检测效率。希望来自科学界的这样的努力将帮助人们解决这场危机。

李钦奇；关晓东；吴鹏；王晓霞；周力；童勇；任瑞华；梁建民；刘易海；王振英；邢祥；项宁；吴元元；李振中；陈全；李东东；刘涛；赵军；刘明明；涂伟伟；等。中国武汉市新型冠状病毒感染肺炎早期传播动态研究。N.恩格尔。J.Med.。2020年，382,1199−1207.