Nguyên lý hoạt động của xét nghiệm SARS-CoV-2

Nguyên lý của xét nghiệm như thế nào?

Khi kiểm tra một loại virus mới như SARS-Cov-2, chúng ta hầu như luôn dựa vào hai công nghệ quan trọng.

Đầu tiên, dựa vào PCR (Polemerase Chain Reaction, phản ứng chuỗi polymerase) là một kỹ thuật khuếch đại DNA được sử dụng thường xuyên trong phòng thí nghiệm để biến một lượng nhỏ DNA thành số lượng đủ lớn để có thể phân tích. Được phát minh vào những năm 1980 bởi Kary Mullis, kỹ thuật giành giải thưởng Nobel sử dụng các chu kỳ làm nóng(heating) và làm mát(cooling) để tạo ra hàng triệu bản sao của một lượng rất nhỏ DNA. Khi kết hợp với thuốc nhuộm huỳnh quang phát sáng với sự hiện diện của DNA. Điều đó rất hữu ích để phát hiện khi có mầm bệnh, lưu thông trong cơ thể vật chủ hoặc trên bề mặt.

Nhưng nếu các nhà khoa học muốn phát hiện một loại virus như SARS-CoV-2, trước tiên họ phải cải biến gen của nó, từ RNA chuỗi đơn, thành DNA( chuỗi kép). Họ làm điều đó với một enzyme tiện dụng được gọi là reverse-transcriptase. Kết hợp hai kỹ thuật và bạn đã có RT-PCR.

Hiện tại, RT-PCR là cách duy nhất để xác định xem một người có Covid-19 hay không. Không có loại xét nghiệm nào khác có thể phân biệt được vi-rút gây ra bệnh cúm hoặc hàng tá các lỗi hô hấp khác đang xảy ra vào thời điểm này. “Đó là một kỹ thuật rất chuẩn, đáng tin cậy, được sử dụng trong hầu hết các phòng lab để có thể nhanh chóng áp dụng vào thử nghiệm lâm sàng.”, theo Louis Mansky, giám đốc Viện Virus học phân tử tại Đại học Minnesota.

Nhưng cho đến khi các loại thử nghiệm khác có thể được phát triển và phê duyệt, tất cả các thử nghiệm Covid-19 phải được tiến hành trong phòng thí nghiệm bởi các kỹ thuật viên được đào tạo. Cần phải có máy PCR và những người được đào tạo để sử dụng chúng, vì vậy xét nghiệm không thực hiện được ở trong phòng khám hoặc nhà bệnh nhân. Vì PCR là một công cụ đáng tin cây trong giới sinh học, nên rất nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu tại các trường đại học và bệnh viện có các thiết bị và nhân sự cần thiết, Manksy nói. Nhưng tại Hoa Kỳ, chỉ các phòng thí nghiệm đã được chứng nhận bởi Trung tâm Liên bang về Dịch vụ Medicare và Trợ cấp y tế mới có thể xử lý các mẫu lâm sàng. Quá trình phê duyệt có thể mất vài tháng. Bruce Carlson, nhà xuất bản của Kalorama Information, một công ty nghiên cứu thị trường chuyên về chẩn đoán y khoa cho biết, chúng tôi có một trong những hệ thống điều tiết rườm rà và rắc rối. Và chúng tôi càng quan tâm hơn đến xét nghiệm dương tính giả, cũng như âm tính giả.


Bản thân xét nghiệm chỉ mất khoảng một ngày để chạy nếu bạn có tất cả các thuốc thử cần thiết. Nhưng sự thiếu hụt vật tư và hậu cần vận chuyển có thể dễ dàng trì hoãn thêm ngày hoặc thậm chí vài tuần mới có kết quả. (Trên thực tế, điều này đã và đang xãy ra.) Hãy cùng tìm hiểu vì sao lại như vậy:

Quá trình xét nghiệm

Bước đầu tiên là thu thập mẫu. Sử dụng một miếng nhựa mềm vô trùng, hoặc que bông; nhân viên y tế sẽ lau bên trong mũi bệnh nhân hoặc sâu trong cổ họng. Mục tiêu là thu thập mẫu mà gần đây nó đã có trong phổi, nơi virus được cho là sao chép. Thanh nhựa đó sau đó được niêm phong và vận chuyển trong một thùng lạnh đến phòng thí nghiệm. Mẫu phải ở trong khoảng từ 35 đến 40 độ F( 1.6 – 4.4 oC), và nếu nó không được xử lý trong vòng bốn ngày, thì phải bỏ trong tủ đông hoặc phải vứt đi.


Khi ở trong phòng thí nghiệm, bước đầu tiên là tách RNA ra khỏi mẫu vì nếu không thì protein, enzyme sẽ “xử đẹp” mã di truyền virus. Quá trình này được gọi là trích xuất RNA. Nếu bạn làm bằng tay, quy trình này thường bao gồm thêm hóa chất và ly tâm mẫu để RNA cuộn lại trong một lớp với những thứ khác. Một số công ty tạo ra các bộ dụng cụ với mọi thứ bạn cần để tách chiết RNA. Và cũng có những máy tự động làm điều đó.

Khi RNA đã được tinh chế, bước tiếp theo là thêm enzyme phiên mã ngược chuyển đổi nó thành DNA — từ một sợi thành hai. Sau đó, DNA đi vào ống nghiệm cùng với các chuỗi nucleotide, enzyme xây dựng DNA và các đoạn DNA tổng hợp ngắn được gọi là mồi(primers). Những đoạn mồi này đã được thiết kế để tìm và liên kết với các phân đoạn cụ thể của bộ gen virut. Nếu chúng hoạt động đúng cách, thì chỉ nhận ra và khuếch đại vật liệu di truyền từ virus chứ không phải từ bất kỳ thứ gì khác có thể có trong mẫu, như DNA của người hoặc vi khuẩn.

Xem thêm: Hướng dẫn làm nước rửa tay khô theo khuyến cáo của Tổ chức Y Tế Thế Giới.

Tất cả điều này xảy ra bên trong một máy PCR, một thiết bị chạy các chu kỳ nhiệt độ phối hợp. Khi nó làm nóng tube, chuỗi xoắn kép DNA tách thành hai sợi, tách ra hai bên. Khi nó sau đó làm giảm nhiệt độ, các mồi sẽ khóa vào các đoạn DNA được nhắm mục tiêu của chúng. Enzym sử dụng các mồi này làm nơi bắt đầu và bắt đầu xây dựng các chuỗi DNA bổ sung theo trình tự của đoạn gen virus. Khoảng năm phút sau, từ một single strand DNA, bây giờ thành hai. Sau 30 đến 40 chu kỳ của quá trình này, một bản sao DNA nhân lên hàng trăm triệu. Nhiêu đó là đủ DNA để các nhà khoa học phát hiện ra rồi.


Các nhà khoa học làm điều đó với thuốc nhuộm huỳnh quang được thêm vào ống nghiệm trong giai đoạn khuếch đại PCR. Nó chỉ phát sáng trong sự hiện diện của DNA. Khi số lượng bản sao DNA tăng lên, lượng ánh sáng phát ra cũng tăng theo. Sau đó, một dụng cụ đo ánh sáng đặc biệt bên trong máy PCR sẽ đọc các mẫu huỳnh quang này để xác định mẫu nào có virus trong đó và mẫu nào không. Nếu có coronavirus trong mẫu của bạn, thì RNA của nó sẽ được phiên mã thành DNA và được khuếch đại cùng với tín hiệu huỳnh quang cho bạn biết xét nghiệm dương tính, Mansky nói.

Tạo protocols


Điều quan trọng cần nhớ về RT-PCR là nó không phải là một xét nghiệm cho virus. Nó là một phương pháp để xác định trình tự di truyền cụ thể (genetic sequences), được sử dụng trong các phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học cần trang bị những thứ như sau để có được kết quả đáng tin cậy: bộ chiết RNA, máy PCR , primers(mồi).

Khi một căn bệnh mới như Covid-19 xuất hiện, các trường đại học, viện nghiên cứu quốc gia và các tổ chức y tế công cộng như Trung tâm phòng chống dịch bệnh Hoa Kỳ thường là những người đầu tiên tạo ra các giao thức RT-PCR. Họ có các phòng thí nghiệm an toàn sinh học để xử lý các mầm bệnh mới chết người, bao gồm khả năng phát triển chúng, một bước quan trọng để đánh giá bất kỳ xét nghiệm nào. Khi một đơn vị nào đó đưa ra bộ kit, họ có thể triển khai nó đến các phòng thí nghiệm y tế công cộng và bệnh viện. Thậm chí, nếu ổ dịch bùng phát xung quanh, các phòng thí nghiệm thương mại và các công ty chẩn đoán sẽ tự sản xuất các xét nghiệm.


Bắt đầu từ tháng 1, ngay sau khi các nhà nghiên cứu Trung Quốc công bố toàn bộ bộ gen SARS-CoV-2 đầu tiên, các nhóm trên khắp thế giới bắt đầu thiết kế, thử nghiệm và đăng công khai các protocols để phát hiện coronavirus mới bằng RT-PCR. Là một nguồn tài nguyên cho các phòng thí nghiệm thử nghiệm, Tổ chức Y tế Thế giới đã giữ một danh sách các protocols này, cũng như các hướng dẫn để cho kết quả tốt nhất.


Trong số đó có một protocol được phát triển bởi Trung tâm phòng chống dịch bệnh Hoa Kỳ (CDC). Xét nghiệm này bao gồm bốn bộ mồi. Hai loại đầu tiên, được gọi là N1 và N2, nhắm vào các vùng duy nhất của bộ gen SARS-CoV-2, mã hóa cho một loại protein vỏ bọc và bảo vệ vật liệu di truyền virut. Mồi thứ ba nhắm vào một gen phổ biến cho cả họ của SARS. Primer thứ 4 và cái cuối cùng nhắm vào một gen người, đóng vai trò kiểm chứng dương. Xét nghiệm cũng bao gồm kiểm chứng âm, DNA âm tính không liên quan đến SARS-CoV-2, không phản ứng với ba mồi đầu tiên. CDC bắt đầu sử dụng thử nghiệm này vào tháng 1 trên một số lượng mẫu hạn chế từ những người có lịch sử du lịch đến Vũ Hán, tâm chấn của vụ dịch Covid-19.


Vào ngày 4 tháng 2, hai tuần sau khi CDC phát hiện trường hợp Covid-19 đầu tiên ở Hoa Kỳ, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ đã cấp phép thử nghiệm khẩn cấp cho CDC, theo các kênh quy định thông thường để cung cấp cho các phòng thí nghiệm y tế công cộng được chứng nhận xung quanh Quốc gia. CDC đã đóng gói gói các mồi này, cùng với các đầu dò huỳnh quang liên quan của chúng, vào các bộ dụng cụ mà mỗi bộ có thể được sử dụng để xử lý từ 700 đến 800 mẫu. Bắt đầu từ ngày 5 tháng 2, CDC cuối cùng đã bắt đầu gửi 200 bộ dụng cụ đó đến 115 phòng thí nghiệm y tế công cộng trong nước đủ điều kiện để chạy thử nghiệm thông qua bộ phận phân phối của mình, IRR( the International Reagent Resource).

Theo tờ WIRED

Bình luận Facebook

One thought on “Nguyên lý hoạt động của xét nghiệm SARS-CoV-2

  1. Pingback: Cách pha loãng axit đậm đặc H2SO4 - Hóa Chất Thí Nghiệm

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *