【编者按】近日，有这样一则消息备受人们关注： 美国马萨诸塞州麻省总医院的研究人员在一个人口只有 4 万人的小城切尔西随机挑选了 200 人进行检测，却有 30%（64 名）的人体内存在新冠病毒抗体。 这一数据表明，新冠病毒的传播范围可能要比人们想象的大得多。 “这 200 人中有 30% 的人已经被感染了，而且没有表现出任何症状，这有点令人警醒。 “ 该研究机构驻切尔西城市经理托马斯·安布罗西诺（Thomas Ambrosino）表示。
此外，一项在硅谷进行的最新调查研究也暗示，新冠病毒的感染人数可能远超实际数字。 在美国斯坦福大学、南加州大学和多个生物医疗机构的合作下，研究人员针对加州圣克拉拉县进行了 COVID-19 病毒流行度估算。 最终结果显示，该县约有 2.5% 到 4.2% 的人可能已有病毒抗体，如果将这一比例换算到人口数量，当地实际患病数量可能是当时确诊数字的 50 到 85 倍。
究竟有多少人被感染了新冠病毒，这个底数目前根本搞不清楚。 面对新冠疫情的持续蔓延和企业复工复产的巨大压力，企业家和基因学者正在策划用于全民新冠病毒检测的方案，全民大规模检测势在必行。 哪些人感染了新冠病毒？ 哪些人可以复工复产？ 唯有简单、准确、价格低廉的全民检测，才能告诉我们准确的答案。
如今，一批产业界和学术界的人士，正在全力以赴试图解决上述问题。
“这是我经历的第一次病毒全球大流行，你呢？”乔纳森·罗斯伯格（Jonathan Rothberg）问。
罗斯伯格是著名的生物技术企业家，自今年 3 月中旬我们首次通过电话联系后，他就一直在其超级游艇 “基因机器”（Gene Machine）上接受隔离。 罗斯伯格曾发明快速 DNA 测序仪，最近又创造出革命性的廉价超声棒，大流行病暴发时，他一直在加勒比海巡航。
“我正在休假，突然世界崩溃了。 ” 罗斯伯格说。很快，他脑海里便浮现出一个计划，当时他正在船上的小实验室里散步。 他回忆，“我提出，我们为什么不弄清楚怎样能在家里完成整个检测工作？” 之后，他便在其公司（HomoDeus）领导了一支大约 60 人的团队，为该病毒创建在家进行的基因检测。
目前，最准确的基因检测只能在实验室或特殊的医院仪器上进行。但是罗斯伯格想尝试创建一种简单、准确、且价格低廉的技术，可让所有人居家检测。
罗斯伯格认为，如果想解除隔离，病毒检测就必须像手机一样普及。 他在推特上表示， “我们有能力在将来为所有人提供随时随地进行自我诊断的技术。 ”
（来源： Twitter）
检测由谁来做
美国在新冠病毒检测进展上很糟糕。其检测范围仍然有限，因此，实现全民检测的可能性一直都由私人倡议，包括一些聪明的企业家和顶尖学术基因组中心的研究员。
全球约有一半的人口被要求居家隔离，以阻止新冠病毒传播。下一步，能否结束社交隔离并重启经济，取决于对该病毒的监测和追踪。因此，我们需要进行大规模检测，例如在公司或家中进行测试，如此，人们才能立即知道自己是否被感染。
那些呼吁恢复常态的提议称，这取决于能否减轻感染。 关键因素包括避免医院内交叉感染，为所有工作人员配备口罩，并 “具备足够的检测能力” 以识别感染者。
究竟需进行多少检测？根据 COVID 追踪计划（COVID Tracking Project），美国商业实验室和卫生部门现在每天检测约 14 万人，其检测量仍可增加。 但就复工计划来看，美国仍需大范围加大检测量。 虽说对感染人数有多少还未达成共识，但一些预测称，美国应该每天检测数百万人以筛查感染者。
白宫成立了一个新冠病毒工作队（“重新开放美国理事会”），以重启经济，但尚未详细制定有关返工检测的计划。4 月 11 日，美国政府的新冠筛测顾问、海军上将布雷特·吉罗里（Brett Giroir）表示，5 月份的检测水平将提高至支持重新开放所需的水平，但他表示，全民检测 “从根本上来说是不可能的”，并非良策。
这给私营部门布置了检测难题，如何才能广泛、迅速，反复进行检测。 哈佛商学院教授、《哈佛商业评论》上复工计划的作者阿米塔布·钱德拉（Amitabh Chandra）表示， “雇主和保险公司都希望获得这种检测技术，但每个人都认为这项技术总会有人去研发的。 ”
即便大规模检测花费高昂，但实际上这是可能摆脱危机的更划算的方法之一。麻省理工学院教授埃里克·布林约尔夫森（Erik Brynjolfsson）说，如果每次检测的成本为 3 美元，那么 90 亿美元足够在 6 个月内为美国全民进行 10 次测试。“而这仅是近期对公司进行紧急援助花费的 0.3％。” 他在推特上写道。
（来源：Twitter）
大规模检测
虽然，联邦或州还未制定进行全民检测的明确计划，但有几个研究中心已经开始研发其认为可行的技术。麻省理工学院-哈佛大学布罗德研究所的研究员张峰表示，“我认为有两种方法可以做到这一点：一种是使用超快速基因组测序仪，收集个人样品并集中于一地进行处理；另一种方法是进行家庭检测，即人们可以在家中进行的核酸检测，价格低廉且操作简单。”
第一个方案被认定为大规模集中检测。为了大幅降低检测成本，张峰实验室和其他实验室正在演示如何使用功能强大的下一代测序仪寻找新冠病毒，该测序仪常用于解码人类或动物基因组中数 10 亿个 DNA 字母。
高通量机器可以一次读取数亿个 DNA 字母。 张峰团队日前描述了一种方法，他们可以将单个分子条形码添加到患者样品中，将其合并，然后立即对其进行全部测序。 理论上讲，一台测序仪器可以在一天之内一次检测 10 万个样品，每个样品的成本为 7 美元。
张峰实验室中的研究员乔纳森·施密德-伯格（Jonathan Schmid-Burgk）开发了该技术，他说该技术 “可以实现每三个月对美国进行一次全民筛查”。
集中检测的一个缺点是，在收集和汇总样本以及返回结果中间仍然存在延迟。不过，由于规模庞大，可创建一张 COVID-19 热图，以提醒州长何时需重启社交隔离措施。 施密德-伯格目前正在德国与当地合作伙伴商议， “问题在于如何扩大检测规模，下一代测序技术已经开发，现在只需寻找学术中心和物流合作伙伴。 ”
生物技术初创公司 Octant 的创始人兼首席执行官斯里·科苏里（Sri Kosuri）正在加州大学洛杉矶分校访问，他发布了创建大规模检测系统的计划，他称此系统为 “SwabSeq”，一个操作员可使用该系统进行 1 万次检测，检测试剂需花费约 1 万美元。 但是像张峰一样，他担心自己的想法不会被采纳，因为分子生物学团队不知如何获取 10 万甚至百万拭子样品，如何将其运输至集中检测地，更不用说如何处理数据输入以及怎样将结果返回给这么多人。
科苏里表示，“若与物流人员沟通，他们会觉得运输工作很简单，但涉及到技术层面，他们便没了底气。而技术人员认为技术部分容易完成，但运输成了难题。这有点类似鸡生蛋还是蛋生鸡的问题。我们要将两者结合起来才能成事，否则便是鸡飞蛋打。”
那么，像波士顿或旧金山这样的技术中心，是否自身无法通过大规模检测计划，而需要一所大学领导并得到当地官员的支持？ 科苏里认为，正是如此， “要做的是让一个地方实现大规模集中检测，之后其他地方便会顺其自然地效仿。 ”
居家检测
进行大规模检测的另一个手段是使检测分散化，也就是说，每个人都可以在需要时居家检测。居家进行基因检测让人们有了自主权。张峰认为，“若价格足够便宜，人们每天可以做两次测试，早一次，晚一次。之后，他们可决定转天是否要去上班。”
“信息需反馈给个人，而个人可以在不泄露给其他人的前提下得到该信息。 ” 张峰说。
图｜使用 CRISPR 技术进行基因测试的演示，布罗德研究所的研究人员希望将这项技术应用于新冠病毒的居家测试中。（来源：麻省理工科技评论）
其中一种可居家检测的手段为抗体测试，即通过扎手指取血。抗体测试会在血液中寻找已经被感染的迹象，但是在一周的病毒潜伏期内无法检测出这种迹象。相比之下，基因检测直接寻找新冠病毒的遗传物质，更加准确，即使在人们出现任何症状之前也可识别感染者。
不过，目前还没有任何家庭使用的基因检测。这是因为大多数基因检测都需要几个实验室步骤，以及一台 PCR 仪来快速加热和冷却样品（帮助复制或扩增遗传物质的步骤）。但是，包括张峰在内的研究人员说，他们即将演示使用可跳过加热和冷却环节的新型化学物质来实现新冠病毒的居家检测技术。
张峰以其在开发基因编辑工具 CRISPR 中的作用而闻名，他的团队将该工具设计成一种新型的基因诊断方法，如果人体中存在新冠病毒基因，则 CRISPR 分子会将其切开并引发分子警报。 在 1 月份，当张峰第一次听说新冠病毒时，就开始进行基于 CRISPR 的测试研究。 情人节那天，他便上传了一个 CRISPR 协议，用于在实验室检测该病毒。
这项测试很简单，仅需几个小时，但仍需一个混合步骤，还需将样品加热至 65°C，以打开病毒并释放其 RNA。现在，实验室正在尝试进一步简化流程，以模拟潜在的可居家进行的 CRISPR 测试。“目标是实现一步式反应，即运行设备，打开试管，放入测纸。这是我们这几个月以来在实验室中专注研究的事情。” 张峰说。
检测操作是否得当？
罗斯伯格和他的孩子们正在游艇上隔离，他的女儿为治疗遗传性疾病正在服用免疫抑制剂，若被感染则风险很高。“她绝对不能暴露于病毒中，我妻子命令，不允许任何人上下船。”罗斯伯格说。
为了创建居家 DNA 检测，罗斯伯格重新定位了 HomoDeus 的工作重点，该公司一直在尝试使用一种称为重组酶的特殊酶（一种基因编辑工具）来开发基因疗法。 罗斯伯格表示，这些化学物质也提供了进行居家基因检测的途径，但是在大流行之前，他没有将其投入市场，因为在诊断检测上难以赚钱。
“我会参加达沃斯论坛，每年都思考如何开发这种测试纸，但从未付诸实践。 所有像我这样只想不做的人，都犯了巨大的错误，所以我觉得我必须做符合道德的事，并研发出居家检测技术。 ” 罗斯伯格说。
罗斯伯格在康涅狄格州吉尔福德创立的一家研究公司的综合办公室中，只有大约 10 名实验室工作人员在岗，其余的人则在偏远地区或地下室实验室工作。
自 4 月上旬以来，HomoDeus 开发的新化学试剂已用于耶鲁大学对新冠患者的拭子检测。化学成分问题大部分已解决，但执行测试仍存在困难 。罗斯伯格表示，“我们的检测流程对于 17 岁的孩子来说可能简单，但对于 70 岁的老人来说却较复杂。”
罗斯伯格说，居家检测设备的原型已研发出来了，它可令这些步骤自动化。 它看起来像一张厚厚的信用卡，上面有可以储存液体的小空间。 另一种版本则采用了装有化学物质的瓶盖，可以将其拧到试管上。 他说，他一直在利用自己的人脉，让人们迅速制作电路板和 3D 打印模型的原型。
罗斯伯格说，该项目仍然存在 “巨大的技术风险”，但关键点不在于化学试剂是否有效，而是更加实用的问题。对于居家测试者来说，最易出现的问题是测试者操作不当，未能正常使用检测试剂。但目前尚不清楚这种情况是否可以产生足够多的病毒以进行测试。
图｜发明者乔纳森·罗斯伯格向其投资人之一比尔·盖茨致谢 （来源：麻省理工科技评论）
他说，为解决这一难题，要借助盖茨基金会的研究，该基金会一直在努力证明鼻拭子可以成为实现邮寄检测或居家检测的基础。
在美国推出效率低下的检测手段之后，美国食品药品监督管理局（FDA）开始提供 “紧急” 授权，以便公司可以快速引入新的检测手段。罗斯伯格说，他预计居家新冠病毒基因检测通过的阻力很小，并称该机构一直在为他提供帮助。“我们的问题不在监管范围内，而只是技术问题，我对此非常有信心。 ”
那么，距离其上市还需多久？罗斯伯格对他的员工们提出了挑战，要求下个月生产出 1 万个原型套件以及随附的手机应用程序。“就像征服天花一样，它将成为一个项目。”罗斯伯格说。
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编辑： 寇建超
https://www.technologyreview.com/2020/04/16/999887/how-to-test-everyone-for-the-coronavirus/
来源：oschina
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