「病毒基因定序」爲何重要？3種強大作用一次看懂

常聽到的「病毒基因定序」爲何重要？３種強大作用一次看懂。(示意圖/Shutterstock)

臺灣於今年 (2021年) 7 月起實施入境臺灣全面 PCR 檢測，若採檢結果發現確定感染新冠病毒，還必需進行病毒基因定序。基因定序爲什麼重要？在防疫上又扮演什麼樣的角色？這都關係到新冠疫情不斷出現的新變種病毒與感染形式。常見的 PCR 檢測技術，是檢測身體內是否有病毒的核酸序列，我們常聽到的 PCR 檢測結果陽性，就表示受到新冠病毒感染。現今造成全球大流行的新冠疫情不斷出現新的變種病毒，更產生越來越高的傳染力與致病力。

●Delta 變種病毒來勢洶洶！臺灣準備好了嗎？

Delta 變種病毒起源於印度，它的傳染力比 Alpha 變種高出 40-60%，至今 Delta 幾乎成爲全球的主流病毒株。

亞洲方面，日本已有高達近 9 成感染者受 Delta 病毒感染，韓國染疫者因 Delta 病毒感染也佔 7 成。美國衛生部（HHS）表示因 Delta 病毒造成住院人數不斷增加，嚴重感染族羣更擴散至 12 歲以下未施打疫苗的兒童。

此外，在中南美洲不斷擴散的 Lambda 變種病毒，也於 2021年 8 月 15 日首度在菲律賓出現本土案例，顯示 Lambda 變種已入侵亞洲的警訊。

在變種病毒肆虐的情況下，PCR 雖然比快篩準確率高也能大量篩檢，但要確認感染到哪種變種病毒，只有 PCR 還是不夠。

這時候，基因定序就能發揮強大的作用，它能大規模解碼基因資訊，不僅能確認病毒種類，即時檢測出新的突變病毒，不論是 Delta 變種或其他未知的變種病毒都能被精準監控。此外，基因定序也能用來推論病毒突變過程，清楚掌握病毒的演變模式。

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

NGS大量解碼病毒基因序列，建立病毒各自身份標籤，這些資訊能幫助我們追蹤、預防變種病毒的傳播。這個工具不但能抓出感染的病毒是哪種變異種類，還可以透過基因序列比對確認感染者是被誰感染，也就是說用基因定序來疫調，讓傳播鏈無所遁形，全面防堵變種病毒的擴散。

PCR與NGS-基因定序關係(圖/基因線上提供)

國家衛生研究院蔡世峰特聘研究員在新冠病毒的全基因體定序上有豐富經驗，他表示若能做到將快篩和 PCR 陽性檢體加做 NGS 基因定序，所得到的病毒資訊會更完整，對於推論病毒突變和疫苗研究發展上助益很大。

●NGS 基因定序的三大作用：病毒從哪來？往哪去？

1. 溯源與追蹤傳播鏈

在防疫初期，對病毒所知不多的情況下，只能透過症狀或接觸史推論感染源，但新冠患者的症狀很多樣，有的甚至是無症狀者。又比如前陣子臺灣爆發本土疫情，同時發生諾富特與宜蘭羣聚案件，很難斷定確切感染源頭，如果只靠 PCR 或快篩沒辦法建立傳播鏈。

而病毒的全基因體定序，就像建立它的身分證字號，瞭解風險源頭後才能防堵傳染；比起從「症狀」追病毒，從「基因表現」下手更可以有效控制疫情。

2. 偵測突變病毒

隨着病毒逐漸在全球傳染蔓延，不斷出現難以預測的突變病毒，這也使得在評估疫苗有效性的考量上，「防範變種病毒」能力成爲一個重要指標。

例如國內首度獲得緊急使用授權（EUA）的高端疫苗，審查委員也在會議中強烈提出需要補上對於 Delta 變種病毒的長期保護數據；日前申請 EUA 未獲準的聯亞疫苗，也正準備以抗 Delta 變種試驗提出進一步申訴，說明對抗變種病毒是當今疫苗保護力相當的重要一環。

面對不斷演變的新冠病毒，基因定序能夠在變種病毒一出現時，就即時確定它的種類，避免傳染擴散。另外，偵測新突變的病毒，也讓科學家可以推斷將來可能的感染途徑，是研發疫苗、藥物與預防感染的重要基礎。

3. 防疫措施的基礎

由於基因定序可以大量篩檢確認病毒種類，以及掌握在一個特定羣體中，總共感染人數、以及不同病毒種類的盛行率，政府與防疫單位能基於這些資訊採取應對措施，針對不同的病毒株做超前部署。

以 Delta 變種病毒來說，2021年6 月底臺灣首例感染案例出現在屏東，羣聚案 17 人之中有高達 15 人都是感染 Delta 變種。更危險的是，感染 Delta 變種具有引發慢性新冠症候羣（long COVID-19）的風險，如果沒有在確診時就確認病毒類型並嚴防傳染，慢性新冠症候羣長時間的恢復期都帶有傳染風險，會造成公衛上很大的破口。因此持續透過基因定序確定病毒種類，並採取相應防疫措施顯得格外重要。

(圖/基因線上提供)

●三大 COVID-19 病毒檢測方法的差異

現有 COVID-19 病毒檢測方法可分爲 3 大類，精準度由低到高分別是抗原快篩、PCR 核酸檢測、NGS 基因定序。

1. 抗原快篩

快篩主要的目的是快速分流出感染者，由於採檢後約 10-30 分鐘就可完成，效率相當高、價錢便宜適合大量篩檢，快速找出病毒是否已在族羣存在。但也因爲精準度較低，容易出現僞陰性、僞陽性的誤判情形，因此後續一般會搭配 PCR 核酸檢測作確認 。抗原快篩的原理，是用設計過的抗體和病毒的蛋白質配對，如果符合，就會像鑰匙與鎖頭一樣互補，也代表着受試者已經被病毒感染。

2. PCR 核酸檢測

PCR 核酸檢測是目前全球判斷染疫的標準方式。它的原理是用新冠病毒的一小段核酸片段，看採樣的檢體中是否能偵測到相同的片段，以及感染的病毒量，藉以判斷感染程度的標準依據。這項技術需要專業人員與實驗室設備操作，約需 4 小時才能得知結果。PCR 檢測的好處是相較於抗原快篩精準度來的高，即使病毒量低也可以驗出。

3. NGS 次世代基因定序

有別於 PCR 看病毒一小片段核酸確認有沒有感染，NGS 基因定序會把病毒所有的基因分析出來，不僅可以知道感染者體內確切的病毒種類，還可以透過大規模比對變種病毒的特性，預測病毒的演變趨勢，如以一來能在新的變種病毒出現之前，就先做好預防措施。

目前全球有許多檢測設備公司投入 NGS 技術監控變種病毒，包括 Illumina、Thermo Fisher Scientific、Qiagen。其中，全球第一個新冠病毒基因體即通過 Illumina 平臺定序解密，這項突破大幅推進 PCR 檢測與疫苗研發的速度。

Illumina 的 NGS 定序也是目前全球使用最廣泛檢測設備，各國科學家正藉助Illumina的技術持續解碼新冠病毒的各變種基因序列，只有在不斷累積這些基因資訊、增加對病毒瞭解的前提下，才能更有效監測變種病毒。

COVID-19-檢測技術比較。(圖/基因線上提供)

●NGS 除了能定序病毒基因，在精準醫療也扮演重要角色

NGS 基因定序是重要的防疫功臣，事實上，它還能在將來疾病監控領域貢獻更多。NGS 解碼的基因訊息除了是變種病毒演化的動力，遺傳訊息也主導人類許多疾病的發展，能從基因層次及早確定患病風險，可以更有效控制疾病與使用適合的療程。

例如，「精準醫療」強調依據每個病患的基因變異，給予病患個人合適的藥物與治療方式。在癌症治療領域，NGS 定序可有助確認癌症發生與多重基因突變的關係。另外，開發標靶藥物也仰賴 NGS 定序，才能精準找出導致疾病的基因突變有哪些。

與疾病抗戰是場長久戰役，不論面對新興變種病毒，或我們早已熟悉的癌症，NGS 基因定序都會繼續扮演重要的前線戰士。