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疫情之下追追追:常見的三種篩檢方法如何找出病毒蹤跡?

瑋絜
・2020/04/28 ・2816字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 601 ・九年級

近日,我國海軍敦睦艦隊爆發 COVID-19(俗名:武漢肺炎、新冠肺炎)群聚感染事件,為追溯感染源頭,中央流行疫情指揮中心進一步採檢艦上人員的血液, 發現船上許多官兵身上都有該病毒的抗體,以此推斷軍艦上部分人曾受感染、現已痊癒,而近期確診的軍人已是「次波感染」。

目前常用的篩檢分別為 RT-PCR、血清抗體篩檢與抗原篩檢。圖片來源/piqsels

不過,看新聞時可能有人會疑惑,目前台灣檢驗 COVID-19 不是採檢下呼吸道分泌物嗎?血液抗體檢驗有什麼不同?疫情爆發之後,新聞上也時常看見快篩研發的最新進度,快篩和上述兩種方法的差別又在哪呢?

RT-PCR:現行檢測方法

目前世界各國普遍採用反轉錄聚合酶連鎖反應(RT-PCR,又稱病毒核酸檢驗法)的方式進行武漢肺炎病毒的檢測,醫事人員採集疑似個案鼻咽處的鼻涕、唾液或是痰液,送至專門的檢驗所進行檢測。

PCR 是分子生物學常用的技術之一,利用特殊的酵素擴增特定的 DNA 或 RNA 片段。圖片來源/wikipedia

RT-PCR 的原理是檢驗檢體中是否有目標病毒的 RNA,若有良好的儀器與操作技術,檢測準確度相當高。不過,RT-PCR 須由專業的醫事檢驗人員操作特定儀器,而且待結果出爐需耗時 4 至 6 小時,短時間內能檢驗的量相當有限。另外,蒐集檢體的人員須將棉棒或拭子深入疑似個案的呼吸道,許多人會因為異物感而咳嗽、打噴嚏,大大提升採檢人員染疫的危險性。

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RT-PCR 操作過程雖繁複,但因為其偽陰性機率低、準確度高,包含台灣、韓國、日本在內的多數國家現今仍選用此方法進行病毒檢測。

目前,各國使用的 RT-PCR 方式則稍有不同,舉例而言,台灣目前採用即時反轉錄聚合酶連鎖反應 (Real-time RT-PCR),利用機器偵測 PCR 的反應結果,省去傳統 PCR 實驗跑電泳膠片的時間。而南韓疫情爆發之後,民間多家生技公司改良檢驗試劑,讓多重反轉錄聚合酶連鎖反應 (Multiplex RT-PCR) 的檢驗時間縮短至 1-2 小時。

血清抗體檢驗:追出白牌計程車司機感染源的功臣

血清抗體檢驗需抽取個案的血液樣本進行檢驗。圖片來源/piqsels

相信大家都還記得,台灣第一例武漢肺炎死亡案例是一名沒有國外旅遊史的白牌計程車司機。當時指揮中心為了找出感染源,清查該死亡個案的接觸史,最終在一名曾搭乘白牌計程車的浙江台商血液中,發現了武漢肺炎病毒的抗體。

當時台大醫學院和中研院實驗室使用的「血清抗體檢驗」,也是病毒篩檢的方式之一。其原理是利用合成抗原,檢驗血液檢體中是否有病毒抗體,以此判定個案體內是否已遭病毒入侵。

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血清抗體檢驗僅需抽取疑似個案的血液,對採檢人員來說安全性較高。但血清抗體主要檢測血液中的免疫球蛋白M (IgM) 及免疫球蛋白G (IgG),這兩種免疫球蛋白在感染病毒幾天後才會出現,因此血清抗體檢驗難以辨識感染初期的病患;加上此方法耗時長,目前國內僅用來做輔助檢測。

血清抗體檢測難以克服的盲點:偽陽性

不只在台灣,其他國家也將抗體檢測當作輔助,用於追溯感染源、找出潛在感染者。美國紐約州抽驗 3000 餘名民眾的血液、進行抗體檢測後推估,全州應有 14% 的民眾具有 COVID-19 病毒抗體,以此比例推算,紐約州應有超過 270 萬人曾染疫。不過,日前《Science》的報導中指出,部分科學家對抗體篩檢的準確性提出質疑。

血清抗體檢驗最讓人擔心的缺點之一,就是可能產生偽陽性結果。圖片來源/pixabay

德國病毒學家 Hendrik Streeck 的研究團隊利用號稱「特異度高於 99%」的抗體檢測儀器,針對當地一小鎮中 500 位居民進行檢測,結果顯示約有 14% 的受試者體內有武漢肺炎抗體。因此研究者認為,武漢肺炎的「群體免疫」正在逐步發展中,應適度減低對人民生活的限制。

然而,丹麥另一研究小組利用相同檢驗儀器測試 82 組樣本後產生 3 例假陽性,特異度僅 96%。這個數字乍看之下並不足以構成威脅,但若將比例套用至 Streek 的研究中,500 多位居民中就有超過 10 人被誤判為陽性,再將規模放大至全小鎮甚至全國人口,偽陽性的數字將相當可觀。

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有鑑於此,有些科學家認為抗體檢驗雖然有助於找出群體中的潛在感染者,但卻不能當作判斷是否染疫的唯一標準。另外,也有科學家指出,目前學界對 COVID-19 的認識尚不足,不知道哪些抗體能有效抵禦病毒,因此利用抗體檢測結果斷定群體免疫效果仍言之過早。

抗原檢測:快篩的希望之星

病原檢測是利用合成抗體,檢測疑似個案體內是否存在抗原,如細菌、病毒等。圖片來源/pixabay

為了能更快速、更大規模地找出確診病患,當今國內外許多團隊都投入「快篩」的研發。台灣中研院團隊 3 月初就曾宣布找到抗體,該株抗體具有專一性,不會與流感、SARS、MERS 病毒反應,是發展抗原快速篩檢的關鍵技術。

抗原檢測法是以合成抗體檢測檢體內是否存在抗原,也就是檢驗疑似個案的下呼吸道中是否有病毒。此方法最大的優點就是簡單、方便,不僅可以在採檢現場直接操作,而且等候 15 至 20 分鐘便可知道結果。

不過,快速抗原篩檢雖然有助於提升檢驗量能,但準確度不及現行的 RT-PCR 方法,甚至可能出現偽陰性,錯放確診者在外頭趴趴走。在對疾病尚不了解且無特效藥的疫情初期,抗原檢測並非合適的篩檢方式。因此,世界各國的研究團隊都致力於提高抗原檢測的敏感度與特異度,期望準確、簡便的快篩試劑能夠盡早上市。

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許多國家正致力於研發快速、準確性高的篩檢工具,希望能更有效率地找出染疫者。圖片來源/pixabay

綜合上述,在疫情尚未明朗的此時,大多數國家仍採用 RT-PCR 輔以血清抗體檢測的方法進行武漢肺炎的篩檢,若未來將能辨識病毒的抗體株量產,並提高抗原試劑的準確度,快速篩檢 COVID-19 的夢想指日可待。

參考資料

抗原快篩和 PCR 檢測差在哪?看完影片就知道啦!

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瑋絜
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高中時為了要學自然科學還是社會科學煩惱了很久,最終選了一個介於兩者之間的科系就讀。敬畏文字,期待有一天能用其力量把世界變得更溫柔、善良一點。
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發炎性腸道疾病的獵奇療法:來一杯「鉤蟲卵」吧!——《我們為什麼還沒有死掉?》

麥田出版_96
・2021/10/24 ・2290字 ・閱讀時間約 4 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

上一節,我提到了犬蛔蟲,我好不容易才忍住沒有提另外一種寄生蟲:蠕蟲。這類寄生蟲成員眾多,個個都是入侵或躲避免疫系統的行家,牠們有許多花招可以幫助牠們在人體內存活下來、繁榮昌盛。牠們之所以需要這些花招,是因為作為寄生蟲,牠們的個頭太大了,免疫系統不可能看不到牠們。即使是較小的蠕蟲物種,也有幾公釐長,跟病毒或細菌比起來,可謂龐然大物。

蠕蟲感染者的腸道 X 光照片,圖中黑線都是蠕蟲。圖/WIKIPEDIA by Secretariat

在世界上許多較貧窮的地區,由於衛生條件較差,蠕蟲帶來了無盡的痛苦:據統計,世界上約四分之一的人口感染了某種類型的蠕蟲。衛生機構正在嘗試使用預防、清潔的手段和抗蟲藥物來緩解疫情。與此同時,在已開發國家,人們已經成功消滅了蠕蟲疾病。

也許有點過於成功。

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免疫反應有幾種不同的形式。我們理解得最透徹的兩種是 Th1 和 Th2(Th 代表輔助 T 細胞,這是一種重要的 T 細胞)。它們的細節比較複雜,但大體畫面是這樣的:這兩種反應處理的是不同類型的感染——Th1 類型的輔助 T 細胞會向吞噬細胞和胞毒 T 細胞發出啟動訊號。聽到「集結號」之後,這些細胞會追蹤並摧毀任何被病毒或特定細菌感染的人類細胞。與此相反,Th2 反應是直接攻擊那些尚未入侵人體的病原體,Th2 細胞會啟動一種叫作嗜酸性球(eosinophils)的免疫細胞,來殺死蠕蟲。只要一種 Th 反應上調,另外一種就會下調。這種機制是合理的,因為這樣可以節約身體的資源,並降低免疫反應的副作用。

TH2 細胞(左)正在被 B 細胞(右)活化。圖/WIKIPEDIA

蠕蟲激發的正是 Th2 反應。有人因此認為,此消彼長,在那些蠕蟲病發病率較高的國家,過敏反應( Th1)的概率恰恰因此更低。(在過去幾十年裡,已開發國家裡出現過敏反應的人越來越多)。流行病調查顯示:蠕蟲越是肆虐,過敏反應就越少。

蠕蟲採取的各種躲避和反擊策略,以及牠們的存在本身,都會對免疫系統產生影響。一個效果就是牠們會抑制發炎反應——要知道,世界上有許多人巴不得他們的發炎反應受到一點抑制呢。

因此,許多患有慢性自體免疫疾病(比如,發炎性腸道疾病)的人現在正在接受蠕蟲療法(用的是鉤蟲),針對其他發炎疾病的臨床治療也正在測試。

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鉤蟲, 被用在慢性自體免疫疾病的蠕蟲療法 。圖/WIKIPEDIA

這聽起來有點怪誕:有人竟希望——不,堅持要——被寄生蟲感染。他們向醫生求助,醫生給他們的藥是一小杯鉤蟲卵,然後他們就喝下去了。在他們的胃裡,這些卵會孵化,幼蟲會爬出來。然後,不知怎的,患者就感覺好多了。當然,鉤蟲不會存活很久(醫生選擇的物種並不會在人體腸道內存活很久,否則就會有新的麻煩了),因此,過一段時間,患者又要接受新一輪的感染,以維持免疫系統的平衡。

當然,如果我們可以不用蟲子(比如使用其中的有效成分,類似某種「鉤蟲萃取物」的藥物)就可以治療疾病,那就更好了。但是,目前還沒人知道到底哪些成分重要——而且似乎要見效,必須要用活的蠕蟲。

為了解釋關於蠕蟲的這個情況,研究人員提出了「老朋友假說」(old-friends hypothesis),這是「衛生假說」的一個改良版。你也許聽說過「衛生假說」,它已經流傳了很長一段時間,但直到一九八九年才由大衛.斯特拉昌(David Strachan)正式提出。他進行的流行病學調查顯示,那些在農場裡或田野邊上長大的孩子要比那些在城市裡長大的同齡人更少患上過敏。從此之後,「衛生假說」就被用於描述許多不同的觀念,其中一些得到了研究支持,而另一些則沒有。

總的來說,老朋友假說的大意是,人類的免疫系統是在一個充滿微生物的世界裡發育的,我們經常要跟許許多多的微生物打交道。我們已經看到了免疫系統跟腸道微生物的密切聯繫,但是這樣的親密關係也可能會擴展到病原體。免疫系統已經對一定程度的接觸和較量習以為常了。現代西方社會,是人類有史以來最愛清潔、刷洗、消毒的階段,我們受感染的機會大大減少——但這破壞了免疫系統的平衡。我們的免疫系統習慣了跟某些病原體對抗,一旦沒有了對手,它就會工作失常。因此,嬰兒和小朋友也許最好要接觸一點髒東西。

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現代社會,是人類有史以來最愛清潔及消毒的階段,我們受感染的機會大大減少,但這破壞了免疫系統的平衡。圖/Pixabay

顯然,你不希望你的孩子臉上有霍亂弧菌,雖然研究人員在二○○○年發現結核病對預防氣喘有幫助,但這並不意味著你要讓孩子染上結核。但是「髒東西」裡含有許多常見病原菌的減毒突變株(不再那麼有害),這可能對孩子的身體有益。沒有它們,孩子日後也許更容易患上免疫疾病——比如過敏和自體免疫病。

問題是,要多乾淨才算乾淨,要多髒才算髒呢?抱歉,我真的不知道答案。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田

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麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。
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