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新冠病毒的核酸檢測原理與基礎概念

作者:劉雁│2020-03-18 23:49:34│巴幣:0│人氣:383
鑒於最近新冠病毒所導致的疫情擴大,又部分內容略有涉略,固篆此文。本來是想寫得簡單一點,例如小朋友也看得懂的核酸檢測之類,但愈寫愈覺得不附圖片要讓小朋友看得懂似乎太難了。
  • 細胞與個體
生物學家將地球的生物概分為單細胞生物與多細胞生物。顧名思義,多細胞生物係由多顆細胞組成單一個體,如閱讀文章的各位、路邊的一棵樹、在地上爬的一隻螞蟻及水中一隻魚等,皆為多顆細胞組成的單一個體;相反地,單細胞生物則係單一顆細胞即為一個個體的生物,例如常聽到的各種細菌*。
在此以真核生物*的細胞為例,細胞的結構可以概分為細胞膜、細胞質及細胞核。細胞膜由脂質組成,包覆細胞質與細胞核,藉此圈出胞內與胞外的界線;細胞質為細胞膜內至細胞核外的範圍,內含內質網、核醣體及粒線體等各種胞器;細胞核同樣由脂質膜包覆,內含遺傳訊息,即DNA。
 
  • DNA表現成蛋白質
一般細胞內的DNA是由兩條去氧核醣核酸長鏈彼此互相纏繞、摺疊所形成的,而去氧核醣核酸長鏈則是由多個核苷酸(依化學結構的鹼基分別以A、T、C與G表示)相連接而成。
細胞主要的工作之一就是將DNA表現成蛋白質。具體做法包含轉錄(transcription)轉譯(translation)
轉錄:DNA的特定區段拆開成兩條去氧核醣核酸長鏈,其中一條為欲表現的模板股。經RNA聚合酶作用產生一條攜帶遺傳訊息的核糖核酸長鏈,即RNA*。
轉譯:RNA在核醣體的幫助下,將遺傳訊息轉譯成一顆顆的胺基酸,並組裝成具生理活性的蛋白質。
 
  • reverse Real Time-Polymerase Chain Reaction;rRT-PCR(反轉錄即時聚合酶連鎖反應)
在講解rRT-PCR之前,必須先了解何謂PCR。
PCR是一種擴增特定基因序列(遺傳訊息)的操作。在分析時,常常會遇到目標物濃度過低或檢測方法靈敏度不足等情況,產生偽陰性的分析結果。為此,分析前先利用PCR提高目標物濃度,可避免上述情況的發生。
PCR大致上是在設備中加入引子(小片段基因序列)、耐熱性聚合酶(複製基因序列的酵素)及各種大量核甘酸(分別帶有A、T、C及G四種鹼基),利用溫度反覆變化而改變特定基因序列(DNA或RNA的片段)的結構,使特定基因序列得以在短時間內大量複製。依據操作條件(溫度)可概分三個時期:
變性:約95℃,一條DNA的雙股螺旋纏繞結構發生變性,拆開成兩條去氧核醣核酸長鏈(模板)。
黏合:約55℃,特異性引子黏附於特定目標序列(模板)上。
延展:約72℃,聚合酶作用,自引子位置開始複製成互補鏈。
完成一輪約5~10分鐘,特定基因序列即以2的倍數成長,反覆多次後即可提高特定基因序列的含量,達到檢測所需的最低濃度。
RT-PCR其實是針對PCR過程中,即時反映特定基因序列含量的改良後的檢測技術。操作時,會預先在引子接上一個標幟*,延展時,標誌會被擠出來並產生可辨識訊號,最後以檢測器偵測有訊號(被擠出)的標幟含量,在固定操作時間內若可偵測到訊號,則代表樣品含有特定基因序列,在新冠病毒的核酸檢測中,即代表該患者體內含有新冠病毒的基因序列。
rRT-PCR則只是在PCR反應前,預先加入反轉錄酶,使病毒的RNA反轉錄成DNA,再進行後續反應。
 
*細菌:分類學中屬於(細菌域、)細菌界中的各種生物,屬於單細胞生物。一般俗稱的黴菌或酵母菌非屬之。
*真核生物:具有細胞核的生物,屬於多細胞生物。
*RNA(Ribonucleic Acid):核醣核酸(長鏈),遺傳訊息的一種形式。部分病毒的遺傳訊息可以此形式存在,如新冠病毒。
*標幟:可能是放射性原子或具螢光性的化學基團,在特定條件(如引子延展成一串基因序列,標幟物的結構改變)下能被檢測器偵測到,產生儀器訊號。


2020/05/08 再編
引用網址:https://home.gamer.com.tw/TrackBack.php?sn=4721452
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