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2020年5月核子技術讓新冠病毒無所遁形

目前在全球各地造成重大疫情的新型冠狀肺炎，是由嚴重急性呼吸系統綜合症冠狀病毒 2（SARS-CoV-2）所引起，此病毒也被稱為新型冠狀病毒（COVID-19，後簡稱新冠病毒）。在 2019 年 12 月媒體首次報導新冠病毒之後，這種傳染病便迅速傳播。2020 年 1 月，世界衛生組織（WHO）宣布爆發為國際關注的突發公共衛生事件，到 2020 年 3 月，世界衛生組織將疫情定調為全球大流行。目前檢測新冠病毒最廣泛也是最快、最準確的方法是「即時反轉錄聚合酶連鎖反應（realtime reverse transcription-polymerase chain reaction, real-time RT-PCR）簡稱：即時定量 PCR」的核子相關技術。
國際原子能總署向新冠病毒宣戰
2020 年 4 月 1 日國際原子能總署（IAEA）分送 40 多個國家 / 地區第一批設備，幫助他們使用 real-time RT-PCR核子相關技術，快速檢測出新冠病毒。面對全世界大量暴增的感染病例，大約 90個會員國希望國際原子能總署能提供協助進而控制疫情，這項緊急援助是回應行動的一部分。
一些國家為了對此行動表示大力支持，包括了美國、加拿大、中國、荷蘭和澳洲，宣布將提供大筆資金援助國際原子能總署，共同應對這重大傳染病。因此，非洲、亞洲、歐洲、拉丁美洲和加勒比海地區的數十個實驗室將可獲得診斷儀器、試劑盒、試劑和實驗室耗材，以加快檢測病毒的速度，這對於控制疫情爆發至關重要。
此外，他們還將獲得有關生物安全的補給品，例如個人保護設備和實驗室儲存櫃，以安全地分析所收集到的樣本。預計未來幾週會有越來越多的國家尋求援助，國際原子能總署表示將提供相關檢測設備。主席格羅西（Rafael Mariano Grossi）表示：「國際原子能總署工作人員努力確保能盡快將最關鍵的設備運送到最需要的地方，向各國提供這類援助是絕對優先的事項。」幾個成員國已經宣布在固定的預算之外金援國際原子能總署與新冠病毒相關的緊急援助，包括美國提供的 1,100 萬美元（約 3 億 3,000 萬新台幣），日本提供的400 萬歐元（約 1 億 3,200 萬新台幣），加拿大提供的 500 萬加幣（約 1 億 1,000萬新台幣），挪威提供的 200 萬歐元（約6,600 萬新台幣元），德國、荷蘭和俄羅斯聯邦分別提供 50 萬歐元（約 1,650 萬新台幣），芬蘭 20 萬歐元（約 660 萬新台幣），以及澳大利亞和其他國家的捐款。此外，中國表示將援助價值 200 萬美元的物資。

國際原子能總署提供會員國診斷儀器、試劑盒、試劑和實驗室耗材，以加快檢測病毒的速度。（圖片來源：國際原子能總署）

國際原子能總署發送設備，以幫助各國使用 real-time RT-PCR 檢測新冠病毒，包括個人防護設備、PCR 機、試劑和實驗室耗材。（圖片來源：國際原子能總署）
各國援助中最特別的是日本武田製藥有限公司（Takeda Pharmaceutical Company Limited）已承諾捐贈 5 億日圓（約 1 億4,135 萬新台幣），這項承諾是有史以來民營公司向國際原子能總署提供的最大一筆捐款。考量到當前的全球供應市場和運輸限制，這些包裹將分批發送到各個國家。第一批價值約 400 萬歐元（約 1 億 3,200萬新台幣）的物資將幫助各國使用 realtime RT-PCR 技術，這是當前可檢測病毒的技術中最靈敏的一種。
請求國際原子能總署援助的國家數量從兩個月前的 10 個增加到 119 個，格羅西在國際原子能總署理事會計畫與預算委員會的視訊會議上提及：「當人們在危機時期向國際原子能總署尋求援助時，我們沒有、也不會讓他們失望。」聯合國糧食與農業組織（FAO）/ 國際原子能總署聯合技術司的糧農核技術部官員納勒托斯基（Ivancho Naletoski）說：「real-time RT-PCR 是一種既穩定又準確的檢測病原體方法。在過去兩週內，我們已經看到會員國要求進行這類測試的申請數量增加了一倍以上。各實驗室將獲得診斷分析所需的試劑盒和配件，以及一次性保護用具和用於特定病毒基因組進行分子檢測的設備。」
什麼是 real-time RT-PCR ？
Real-time RT-PCR 是一種運用核子特性的方法，用於檢測任何病原體（包括病毒）中特定遺傳物質的存在。最初，此方法使用放射性同位素標記物來檢測目標遺傳物質，但後來採用了特殊的標記物（最常見的是螢光染料）取代了同位素標記。藉助這種技術，在檢測過程還未結束時科學家幾乎就可以看到結果，而傳統使用的RT-PCR方法必須等到最後才能得到結果。
雖然 real-time RT-PCR 是目前檢測冠狀病毒最廣泛使用的方法，但許多國家在建立和使用此技術方面仍需要支援。某些病毒，例如新冠病毒只含有 RNA，這表示它們必須滲透進健康的細胞內繁殖而存活。一旦進入細胞，此病毒就會利用其自身的遺傳密碼（在冠狀病毒中為RNA）來控制細胞並對其進行「重新編程（reprogramme）」，使其成為製造病毒的工廠。
為了使用 real-time RT-PCR 早期檢測到在體內的冠狀病毒，科學家需要將RNA 轉化為 DNA。這是一個稱為「反轉錄（reverse transcription）」的過程。他們之所以這樣做，是因為只能複製或擴增 DNA，這是 real-time RT-PCR 檢測病毒過程的關鍵部分。
科學家將轉錄的病毒 DNA 的特定部分放大數十萬倍。這種擴增很重要，因此科學家不必試圖在數百萬條遺傳信息鏈中搜尋少量的病毒，而是擁有足夠數量的病毒DNA 靶標區域，以準確地確認此病毒的存在。
Real-time RT-PCR 如何與冠狀病毒一起工作？
從冠狀病毒聚集的身體部位，例如人的鼻子或喉嚨處採集樣本，再用幾種化學溶液處理樣本，以去除蛋白質和脂肪之類的物質，僅提取樣本中存在的 RNA，這是人體自身遺傳物質和冠狀病毒 RNA（如果有）的混合物。

國際原子能總署正在準備將 real-time RTPCR 設備發送到世界各地，以幫助對抗新冠病毒。（圖片來源：國際原子能總署）
使用特定的酶 ( 酵素 ) 將 RNA 反轉錄為DNA 之後，科學家會添加額外的 DNA 碎片（short fragments），這些碎片會與轉錄的病毒 DNA 的特定部分互補。如果樣本中存有病毒，則這些碎片會附著到病毒 DNA 的靶標區域。一些添加的遺傳碎片用於在擴增過程中構建的 DNA 鏈，而其他一些碎片則添加了標記物，然後將其用於檢測病毒。將混合物置於 RT-PCR 的機器中，機器在使混合物加熱與冷卻的溫度之間循環，以觸發特定的化學反應，進而產生與病毒DNA 靶標部分相同的新副本。此循環不斷重複以複製病毒 DNA 的靶標部分。每個循環將以前的數量加倍：兩個副本變為4 個，4 個副本變為 8 個，依此類推。標準的 real-time RT-PCR 設置通常需要經過 35 個循環，到此過程結束時，樣本中存在的每條病毒鏈都會產生大約 350 億個新的病毒 DNA 碎片副本。當建構病毒 DNA 碎片的新副本時，標記物的標籤會附著在 DNA 鏈上，然後釋放出螢光染料，此螢光染料由機器的計算機測量並實時顯示在螢幕上。每次循環後，計算機都會追踪樣本中的螢光量，當數量超過一定水平的螢光時，就證實了此樣本含有目標病毒。科學家還監視達到此水平所需的週期數，以估計感染的嚴重程度—週期越短，病毒感染程度越嚴重。
為什麼要使用 real-time RT-PCR ？
real-time RT-PCR 技術具有很高的靈敏度和特異性，可以提供長達 3 個小時的可靠診斷，儘管通常實驗室平均需要花費6 至 8 個小時。與其他可用的病毒分離方法相比，real-time RT-PCR 很明顯的效果更快，並且受污染或錯誤的可能性更低，因為整個過程都可以在封閉的試管中完成，因此仍然是目前可用於檢測冠狀病毒
的最準確方法。
為了檢測過去的感染情形，對於瞭解病毒的發展和傳播非常重要，就不能使用 realtime RT-PCR，因為病毒僅在特定時間區段內存在於體內。其他方法對於檢測、追踪和研究過去的感染也是必要的，尤其是那些可能已發生但是沒有症狀的感染。
參考資料：
1. https://www.iaea.org/topics/covid-19
2. IAEA Project to Help Countries Combat COVID-19 Draws € 22 Million in Funding, 2020/05/11
3. New Donation to Ramp Up IAEA Support to COVID-19 Initiative, 2020/05/13
4. IAEA to ship vital testing equipment to countries in the fight against covid-19, 2020/04/01
5. How Is the Covid-19 Virus Detected Using Real Time PT-PCR, 2020/03/27
出處:核能簡訊第184期