「病毒基因定序」为何重要？3种强大作用一次看懂

常听到的「病毒基因定序」为何重要？３种强大作用一次看懂。(示意图/Shutterstock)

台湾于今年 (2021年) 7 月起实施入境台湾全面 PCR 检测，若采检结果发现确定感染新冠病毒，还必需进行病毒基因定序。基因定序为什么重要？在防疫上又扮演什么样的角色？这都关系到新冠疫情不断出现的新变种病毒与感染形式。常见的 PCR 检测技术，是检测身体内是否有病毒的核酸序列，我们常听到的 PCR 检测结果阳性，就表示受到新冠病毒感染。现今造成全球大流行的新冠疫情不断出现新的变种病毒，更产生越来越高的传染力与致病力。

●Delta 变种病毒来势汹汹！台湾准备好了吗？

Delta 变种病毒起源于印度，它的传染力比 Alpha 变种高出 40-60%，至今 Delta 几乎成为全球的主流病毒株。

亚洲方面，日本已有高达近 9 成感染者受 Delta 病毒感染，韩国染疫者因 Delta 病毒感染也占 7 成。美国卫生部（HHS）表示因 Delta 病毒造成住院人数不断增加，严重感染族群更扩散至 12 岁以下未施打疫苗的儿童。

此外，在中南美洲不断扩散的 Lambda 变种病毒，也于 2021年 8 月 15 日首度在菲律宾出现本土案例，显示 Lambda 变种已入侵亚洲的警讯。

在变种病毒肆虐的情况下，PCR 虽然比快筛准确率高也能大量筛检，但要确认感染到哪种变种病毒，只有 PCR 还是不够。

这时候，基因定序就能发挥强大的作用，它能大规模解码基因资讯，不仅能确认病毒种类，即时检测出新的突变病毒，不论是 Delta 变种或其他未知的变种病毒都能被精准监控。此外，基因定序也能用来推论病毒突变过程，清楚掌握病毒的演变模式。

●新的次世代定序技术 （Next Generation Sequencing NGS）

NGS大量解码病毒基因序列，建立病毒各自身份标签，这些资讯能帮助我们追踪、预防变种病毒的传播。这个工具不但能抓出感染的病毒是哪种变异种类，还可以透过基因序列比对确认感染者是被谁感染，也就是说用基因定序来疫调，让传播链无所遁形，全面防堵变种病毒的扩散。

PCR与NGS-基因定序关系(图/基因线上提供)

国家卫生研究院蔡世峰特聘研究员在新冠病毒的全基因体定序上有丰富经验，他表示若能做到将快筛和 PCR 阳性检体加做 NGS 基因定序，所得到的病毒资讯会更完整，对于推论病毒突变和疫苗研究发展上助益很大。

●NGS 基因定序的三大作用：病毒从哪来？往哪去？

1. 溯源与追踪传播链

在防疫初期，对病毒所知不多的情况下，只能透过症状或接触史推论感染源，但新冠患者的症状很多样，有的甚至是无症状者。又比如前阵子台湾爆发本土疫情，同时发生诺富特与宜兰群聚案件，很难断定确切感染源头，如果只靠 PCR 或快筛没办法建立传播链。

而病毒的全基因体定序，就像建立它的身分证字号，了解风险源头后才能防堵传染；比起从「症状」追病毒，从「基因表现」下手更可以有效控制疫情。

2. 侦测突变病毒

随着病毒逐渐在全球传染蔓延，不断出现难以预测的突变病毒，这也使得在评估疫苗有效性的考量上，「防范变种病毒」能力成为一个重要指标。

例如国内首度获得紧急使用授权（EUA）的高端疫苗，审查委员也在会议中强烈提出需要补上对于 Delta 变种病毒的长期保护数据；日前申请 EUA 未获准的联亚疫苗，也正准备以抗 Delta 变种试验提出进一步申诉，说明对抗变种病毒是当今疫苗保护力相当的重要一环。

面对不断演变的新冠病毒，基因定序能够在变种病毒一出现时，就即时确定它的种类，避免传染扩散。另外，侦测新突变的病毒，也让科学家可以推断将来可能的感染途径，是研发疫苗、药物与预防感染的重要基础。

3. 防疫措施的基础

由于基因定序可以大量筛检确认病毒种类，以及掌握在一个特定群体中，总共感染人数、以及不同病毒种类的盛行率，政府与防疫单位能基于这些资讯采取应对措施，针对不同的病毒株做超前部署。

以 Delta 变种病毒来说，2021年6 月底台湾首例感染案例出现在屏东，群聚案 17 人之中有高达 15 人都是感染 Delta 变种。更危险的是，感染 Delta 变种具有引发慢性新冠症候群（long COVID-19）的风险，如果没有在确诊时就确认病毒类型并严防传染，慢性新冠症候群长时间的恢复期都带有传染风险，会造成公卫上很大的破口。因此持续透过基因定序确定病毒种类，并采取相应防疫措施显得格外重要。

(图/基因线上提供)

●三大 COVID-19 病毒检测方法的差异

现有 COVID-19 病毒检测方法可分为 3 大类，精准度由低到高分别是抗原快筛、PCR 核酸检测、NGS 基因定序。

1. 抗原快筛

快筛主要的目的是快速分流出感染者，由于采检后约 10-30 分钟就可完成，效率相当高、价钱便宜适合大量筛检，快速找出病毒是否已在族群存在。但也因为精准度较低，容易出现伪阴性、伪阳性的误判情形，因此后续一般会搭配 PCR 核酸检测作确认 。抗原快筛的原理，是用设计过的抗体和病毒的蛋白质配对，如果符合，就会像钥匙与锁头一样互补，也代表着受试者已经被病毒感染。

2. PCR 核酸检测

PCR 核酸检测是目前全球判断染疫的标准方式。它的原理是用新冠病毒的一小段核酸片段，看采样的检体中是否能侦测到相同的片段，以及感染的病毒量，借以判断感染程度的标准依据。这项技术需要专业人员与实验室设备操作，约需 4 小时才能得知结果。PCR 检测的好处是相较于抗原快筛精准度来的高，即使病毒量低也可以验出。

3. NGS 次世代基因定序

有别于 PCR 看病毒一小片段核酸确认有没有感染，NGS 基因定序会把病毒所有的基因分析出来，不仅可以知道感染者体内确切的病毒种类，还可以透过大规模比对变种病毒的特性，预测病毒的演变趋势，如以一来能在新的变种病毒出现之前，就先做好预防措施。

目前全球有许多检测设备公司投入 NGS 技术监控变种病毒，包括 Illumina、Thermo Fisher Scientific、Qiagen。其中，全球第一个新冠病毒基因体即通过 Illumina 平台定序解密，这项突破大幅推进 PCR 检测与疫苗研发的速度。

Illumina 的 NGS 定序也是目前全球使用最广泛检测设备，各国科学家正借助Illumina的技术持续解码新冠病毒的各变种基因序列，只有在不断累积这些基因资讯、增加对病毒了解的前提下，才能更有效监测变种病毒。

COVID-19-检测技术比较。(图/基因线上提供)

●NGS 除了能定序病毒基因，在精准医疗也扮演重要角色

NGS 基因定序是重要的防疫功臣，事实上，它还能在将来疾病监控领域贡献更多。NGS 解码的基因讯息除了是变种病毒演化的动力，遗传讯息也主导人类许多疾病的发展，能从基因层次及早确定患病风险，可以更有效控制疾病与使用适合的疗程。

例如，「精准医疗」强调依据每个病患的基因变异，给予病患个人合适的药物与治疗方式。在癌症治疗领域，NGS 定序可有助确认癌症发生与多重基因突变的关系。另外，开发标靶药物也仰赖 NGS 定序，才能精准找出导致疾病的基因突变有哪些。

与疾病抗战是场长久战役，不论面对新兴变种病毒，或我们早已熟悉的癌症，NGS 基因定序都会继续扮演重要的前线战士。