如何每天为新冠肺炎考验每一个美国人

美国从来没有进行过足够的冠状病毒检测。现在，一群流行病学家、经济学家和梦想家正在策划一项新的战略来击败病毒，甚至在发现疫苗之前就是如此。

编者按：“大西洋月刊”正在向所有读者提供有关冠状病毒的重要报道。在这里找到收藏品。

M是哈佛大学的流行病学教授，在那里他研究传染病的诊断检测。他带着厌恶和难以置信的心情看着美国几个月来一直在努力获得足够的检测来对抗冠状病毒。今年1月，他向一名报纸记者保证，他对疾病控制和预防中心遏制病毒的能力“绝对有信心”。到3月初，这一信念陷入了危机。“这种无能真的超出了任何人的预期，”他告诉“纽约时报”(New York Times)。自那以后，他的震惊只会愈演愈烈。

许多美国人可能明白，这个国家的测试已经失败了-自2月份以来，它以这样或那样的形式一直不够充分。他们可能不明白的是，现在它正在失败。在过去两周的每一周，也是自疫情开始以来的第一次，中国进行的新冠肺炎测试比前一周少了。这个系统正在恶化。

测试是一个不可选的问题。测试使我们能够在疾病控制中完成最基本的任务：识别病人，并将他们与井分开。当检测充足时，它们可以驱散对传染的恐惧，这种恐惧已经平息了公共生活。国际货币基金组织(International Monetary Fund)前首席经济学家西蒙·约翰逊(Simon Johnson)告诉我们，“唯一能改变经济的是公共卫生，唯一能改变公共健康的是检测。”乐观的时间表表明，数亿剂疫苗要到5月或6月才能广泛获得。将有一个过渡期，在此期间，医生和卫生保健工作者接种疫苗，但教师、邮递员和警察则不接种。那么我们需要更好的测试。但我们现在也需要它。

为什么测试会如此彻底地失败呢？到3月底，米纳已经找到了罪魁祸首：“中央指挥单位几乎没有能力集中全国各地的所有资源，”他在哈佛大学的一次活动中说。“除非宣布戒严令，否则我们没有办法将事情集中在这个国家。”他又花了几个月的时间才找到解决这个问题的办法，那就是完全绕过它。在过去的几周里，他已经成为美国如何控制疫情的全面革命的布道者。他认为，与其围绕美国的考试方式重组日常生活，这个国家应该把考试融入美国的生活方式。

完成这一壮举的魔杖是一条薄薄的纸条，长度不超过一根手指。这是冠状病毒检测。米娜说，美国应该大规模生产这些廉价且相对不敏感的检测方法-与其他方法不同，它们只需要唾液样本-每天数以千万计。这些测试可以在15分钟或更短的时间内得出结果，然后应该会成为日常生活中无处不在的一部分。任何人在进入学校或办公室、电影院或沃尔玛之前，都必须参加其中一项测试。检测结果为阴性，你就可以进入公共场所了。检测呈阳性，你就会被送回家。换句话说：米娜几乎每天都想测试几乎每个人。

米娜描述的测试已经存在：他们坐在位于马萨诸塞州剑桥市的一家小型初创公司e25 Bio的办公室里；其他六家公司也在研究类似的产品。但要实现他的愿景，需要改变我们对考试的看法。这些新的测试比我们今天运行的要不那么敏感，这意味着在它们可以出售或使用之前，必须放松监管。与他们最相似的是在印度使用的快速登革热病毒检测，这种检测每年生产1亿台。米娜设想每天生产的新冠肺炎快速测试几乎一样多。只有作为客户和控制者的联邦政府才能完成这样的壮举。

如果这是一个大胆的计划，它就会有大胆的回报。米娜声称，他的计划可能会在三周内让病毒在美国停滞不前。(其他流行病学家不确定它是否会奏效-至少没有严重的负面影响。)。他的计划虽然代价高昂，但在规模上与大流行相称的为数不多：即使要花费数十亿美元才能实现，美国每天都已经在给病毒造成数十亿美元的损失。平均每个月死于冠状病毒的美国人比二战中死亡人数最多的月份还要多。唐纳德·特朗普(Donald Trump)曾表示，美国正在与一个“看不见的敌人”打一场“战争”；米娜(Mina)只是要求美国采用战时经济。

我们从三月份开始报道冠状病毒检测。在那段时间的大部分时间里，故事都是一个又一个失败的故事。但在过去的几周里，有些事情发生了变化。在没有联邦领导的几个月后，一个由科学家、经济学家、医生、金融家、慈善家和公共卫生官员组成的松散联盟已经聚集在一起，以填补这一空白。他们重新检查了考试系统的每一个部分，并制定了一套新的策略来解决长达数月的考试短缺问题。米娜的计划是这些想法中最具进取性的；其他组织--比如今年春天帮助白宫入主白宫的私营部门专家创建的新的非营利性美国测试组织--也提出了自己的计划。他们合在一起，组成了一个工具箱，可以让这个国家修复其摇摇欲坠的房子。

在过去的一个月里，政府在刺激创建新的测试方面所做的工作也比迄今为止大流行期间所做的任何一次都要多。美国国立卫生研究院已经向公司发放了2.48亿美元的赠款，以便他们能够尽快扩大替代形式的新冠肺炎检测。医疗保险和医疗补助中心也开始支持新生的测试市场。这项投资来得太晚，也太少了--相比之下，政府在疫苗开发上已经花费了80多亿美元--但意义重大。

如果说新的提案表明了什么的话，那就是我们有能力在几个月内进行大量的测试-甚至在发现疫苗之前，就能让生命恢复正常，或者恢复到接近正常的状态。有一种方法可以摆脱这场大流行。

如果你干咳发烧不去看医生，给新冠肺炎擦拭，你可能会接受一个不是为失控的大流行而设计的检测。它被称为“逆转录聚合酶链式反应”检测，或PCR检测，这是医学奇迹之一。PCR技术使我们能够探测地球的基因组：1983年，它的发明为人类基因组计划、某些癌症的早期诊断和古代DNA的研究扫清了道路。从本质上说，它的工作原理就像电脑上的放大功能：PCR过程使用一种名为“试剂”的特定化学混合物和一台名为“热循环仪”的特殊机器，将特定的遗传物质链复制数亿次。

当被用来检测新冠肺炎时，聚合酶链反应技术寻找冠状病毒特有的特定核苷酸序列，这是一种在其他地方不存在的核糖核酸片段。每当PCR机器-例如，由跨国公司罗氏(Roche)设计和销售的-遇到该链时，它就会同时复制该序列和荧光染料。如果在将链和染料同时倍增数亿倍后，罗氏机器检测到一定数量的染料，其软件就会将样本解释为阳性。要有“新冠肺炎确诊病例”，就是让聚合酶链反应机器检测样本中的染料，并将其报告给技术人员。经过一次又一次的测试，PCR技术的表现令人震惊：同类中最好的PCR测试可以在短短几个小时内可靠地检测出一毫升唾液或鼻涕中只有100份病毒RNA。

PCR检测已经确定了美国对大流行的反应。在疾病预防控制中心由国家流行病学家委员会撰写的指南中，聚合酶链反应阳性是确认新冠肺炎病例的唯一方法。监管美国所有新冠肺炎检测的美国食品和药物管理局(Food And Drug Administration)对所有其他类型的聚合酶链反应检测进行评判。自3月份以来，在美国进行的6200多万项新冠肺炎检测中，绝大多数是聚合酶链反应。

然而，一小堆但不断增加的临床证据-以及一堆天价的现实世界账户-揭示了PCR测试的明显问题。从公共卫生的角度来看，检测可以回答的最重要的问题是：这个人现在是不是感染和传染了？如果他不会传染，会不会很快就会传染？但是，即使PCR结果呈阳性，这些问题也无法解决。尤其是今天在美国进行的PCR检测并不能告诉我们需要知道什么才能阻止病毒。

想象一下，就在这一刻，你接触到了冠状病毒并感染了它。你现在有了新冠肺炎，现在是第0天，但你或任何人都不可能知道它。在接下来的几天里，病毒将悄悄地在你的体内传播，劫持你的细胞，并复制数百万份自己。在你感染的第三天左右，你的鼻道和唾液中可能有足够的病毒样本通过PCR检测呈阳性。很快，你的呼吸系统就会挤满这种病毒，以至于你会变得具有传染性，每当你说话或叫喊时，就会向空气中喷洒病毒。但是，直到第五天左右，当你开始出现发烧、干咳或嗅觉丧失等症状时，你可能才会认为自己生病了。在接下来的几天里，你将处于最具传染性的状态。

这是PCR的第一个问题。为了切断传播链，公共卫生工作者必须比病毒移动得更快。如果他们能及早对你进行测试-例如，在你感染的第三天左右-并在一两天内得到结果，他们就可能在你感染太多人之前隔离你。

但是现在，美国并没有那么快地提供PCR结果。联邦冠状病毒测试沙皇布雷特·吉罗尔(Brett Giroir)上个月向国会承认，即使是三天的周转时间也“不是我们今天可以达到的基准”。随着今年夏天亚利桑那州爆发疫情，一些PCR结果花了14天或更长时间才出来。这比没用更糟糕--经济学家约翰逊告诉我们，“我不会把这叫做测试”--因为大多数新冠肺炎的比赛只持续14天或更短的时间。帮助资助新冠肺炎测试的比尔·盖茨最近说：“美国的大多数测试都完全是垃圾，完全是浪费。”

在你的症状在第五天左右开始后，你可能会在几天到几个月的时间里保持症状。但最近的一些研究表明，到第14天左右-在你的症状开始后9天-你不再具有传染性，即使你仍然有症状。到那时，你的上呼吸道就不再有活病毒了。但是，因为你的口腔和鼻腔里排列着数以百万计的死亡病毒颗粒，而且它们含有完整的RNA链，而且PCR技术非常敏感，所以你在PCR测试中仍然会检测出阳性。事实上，在几周内，你可能会通过PCR检测呈阳性，即使在你的症状减轻之后也是如此。

这是PCR的第二个问题：在你疾病的这一点上，阳性的PCR检测并不意味着你可能会期望的那样。这并不意味着你是传染性的，也不一定意味着你体内有活的SARS-CoV-2病毒。追踪你在过去五天中接触过的任何人是没有意义的，因为你没有感染他们。你呆在家里不上班也是没有意义的。但是我们国家的公共卫生基础设施很难区分两天阳性和三十五天阳性。

PCR检测的最后一个问题很简单：数量不够。美国现在每天进行70多万次新冠肺炎测试。就其本身而言，这是一个巨大的飞跃，自3月初以来增长了近800倍。但是，我们可能正在达到世界PCR能力的极限；供应链正在紧张和断裂。几个月来，实验室一直很难获得允许RNA复制的昂贵化学试剂。今年夏天早些时候，全球掀起了一场吸管尖端的热潮-一种用来在小瓶之间移动液体的一次性塑料管子。有时瓶颈是PCR机器本身：随着上个月亚利桑那州的感染激增，人们排队接受检测，检测的数量远远超过了机器运行它们的能力。

当测试减少时，整个医疗系统都会受到影响。在亚利桑那州，在疫情爆发的高峰期，许多医生的办公室人手不足，因为任何接触病毒的医生在返回工作岗位之前都需要检测呈阴性，而系统根本无法处理检查的数量。亚利桑那州社区医生健康和安全医学主任凯瑟琳·乔内蒂(Catherine Gioannetti)告诉我们，“我们已经让人们出来了7到10天”，等待阴性结果。“这本质上是一个支离破碎的体系，因为我们没有及时拿到结果。”

如果实验室没有能力改变医生的测试，而医生的测试通常是快速进行的，那么他们肯定没有能力测试完全没有症状的传染性患者。这些沉默的传播者可能会在几周内保持传染性，但永远不会出现任何症状。他们是病毒的“秘密力量”，一位检测主管告诉我们，他们占所有感染的20%到40%。一些证据表明，他们可能比有症状的人更具传染性，携带较高病毒载量的时间更长。

挑战是显而易见的：我们需要大量的测试。正如一些人自春季以来所说的那样，整个美国人口-而不仅仅是发烧、咳嗽的人-必须进行筛查。比方说，你想每周对美国的每个人进行一次测试。那就是每天4500万次测试。我们怎么到哪儿?。

在未来，增加检测的唯一方法是从现有的PCR系统中挤出更多的检测。我们最快做到这一点的最好办法是通过一种名为“池化”的技术，这种技术每天可以从系统中获得数十万个以上的测试。

合并很简单：实验室不是单独测试每个样本，而是将一些样本组合在一起，然后将“合并”的样本作为一个样本进行测试。这项技术是由哈佛大学统计学家罗伯特·多夫曼发明的，目的是在第二次世界大战期间对美国士兵进行梅毒测试。如今，公共卫生实验室通常使用该技术来测试艾滋病病毒。它的工作原理如下：一名实验室技术人员将50个HIV样本混合在一起，然后测试这个池。如果结果是阴性的，那么没有患者感染艾滋病毒-研究人员已经用进行一次测试所需的相同材料对50个样本进行了评估。

但是如果汇集的样本是阳性的，一个新的阶段就开始了。技术人员再次将相同的样本汇集在一起，这一次分成10个人的小组，并重新进行测试。当这些较小的池中有一个呈阳性时，她会对其中的每个样本进行测试。到这一过程结束时，她已经对50人进行了艾滋病毒检测，但只使用了十几种检测方法。这种方法使她在一天的时间里省去了数百次测试。

加州大学伯克利分校(UC Berkeley)经济学家乔恩·科尔斯塔德(Jon Kolstad)告诉我们，汇集是最大化测试供应的重要第一步。这在一定程度上是因为监管者和公共卫生官员已经熟悉了它。FDA已经告诉Quest Diagnostics，LabCorp和BioReference这三个主要的商业实验室，他们可以开始一次汇集几个冠状病毒样本。内布拉斯加大学的一个研究小组发现，在新英格兰一些还没有见过这种病毒的地区，合并可能会使可用的检测数量增加三倍甚至四倍。

但拼车只是权宜之计。它对相对罕见的疾病效果最好，比如艾滋病和梅毒。如果一种疾病太常见，那么汇集工作-费力地混合和再混合样本-是比它价值更多的工作。(自1981年以来，感染冠状病毒的美国人大约是感染艾滋病毒的人数的两倍。)。内布拉斯加州的同一个团队发现，在亚利桑那州和一些与新冠肺炎一起燃烧的南部州，传统的拼车不值得付出这样的努力。

科尔斯塔德和麻省理工学院经济学家约翰逊正在试验提高汇集效率的方法。通过更谨慎地对样本进行分组，他们可以创造出更大的具有类似风险的人群。一群办公室工人的风险可能比一群一起工作的肉类加工者低，即使在肉类加工厂内，工厂一边的工人可能比另一边的工人面临更大的风险。而且因为合用可以省钱，公司、学院和学校可以举办更多的考试。这将创造一个良性循环。每一天，一个人都有一定的机会被感染，这一机会随着疾病在社区中的流行程度而变化。如果每天都进行检测，那么两次检测之间可能感染人的时间就更少了。这使得建立更多可能是消极的人成为可能。

启动这些系统将需要清除后勤和监管障碍-阳性冠状病毒样本是低水平的生物危害，FDA对此进行了监管。华盛顿州Kaiser Permanente实验室测试负责人迪娜·格林(Dina Greene)表示，污染问题对实验室来说已经很难管理，如果实验室不得不手动混合样本，情况会更糟。

科尔斯塔德一直在思考这个问题。他的团队正在试验一种不同的技术，可以称之为“中间池”。Kolstad建议将训练有素的护士部署在改装后的面包车上的移动共用实验室，而不是让实验室在后端建立池子。他说，这对疗养院来说效果很好：护士可能每天都会在特定的时间到达，对每位员工进行测试，将样本汇集在面包车里，然后把他们送到附近的临床实验室。(因为FDA对临床实验室的合并管理比这种类型的“监督测试”更严格，所以这项计划可能也更容易获得FDA的批准。)。科尔斯塔德和他的团队正在波士顿地区的疗养院网络中试验这项技术，并将汇集的测试送到由银杏生物工程公司(Gingko Bioworks)运营的几乎完全自动化的新冠肺炎检测设施。银杏生物工程公司是马萨诸塞州的一家价值40亿美元的初创公司，正在推销另一种扩大美国检测规模的方法，这种方法可以极大地提高处理速度。

自2009年成立以来，银杏生物工场一直致力于合成工业过程中使用的新型细菌。它的工程师在一定程度上使用由大型上市生物技术公司Illumina制造的基因测序仪来纺制新形式的DNA。但在今年春天，随着病毒测试的失败，银杏的工程师们意识到，他们的Illumina机器可以有另一种用途：他们可以识别现有的基因，而不是帮助创造基因-而且做起来比PCR机器快得多。

与PCR机器不同的是，PCR机器每次最多可以分析数百个单独的样本，而测序机器可以同时读取数千个样本。一台高端的PCR机器，由一名工作人员全天候操作，每天可以运行多达1000个样本；一台Illumina机器可以在一半的时间内读取3000多个样本。银杏通过在波士顿建立以Illumina机器为中心的全自动化工厂，增强了这一优势，该公司表示，Illumina机器每天可以测试约25万个样品。它的目标是在10月中旬之前开放该设施；再过两个月，可能会再有三个人上楼，银杏可能会成为特斯拉。

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