一滴血透露了你感染了那些病毒

我們的週遭充滿了各種病毒，也多少感染過不少病毒，像是感冒病毒(rhinoviruses)、流感病毒(influenza viruses)或是皰疹病毒(herpesviruses)，不過目前的技術只能一次測一種病毒，例如最近要是去了韓國，回來後發現發燒了，懷疑自己是不是感染到 MERS 便跑去醫院診斷，出來的結果就只會知道你有沒有感染到 MERS，不會知道是不是還感染到了其他的病毒。不過這個月有篇發表在知名國際期刊《Science》的研究，表示有個新的叫 VirScan 的技術可以用一滴血，一次就告訴你感染了那些病毒，還有你的病毒感染史。

目前的技術主要是看你血液中含有那些抗體(如果你有感染過病毒或細菌，身體裡面就會產生那個病毒或細菌的抗體)，或是看你體內有沒有病毒的基因，而此研究的計畫主持人，哈佛醫學院的生物學家 Stephen Elledge，想要研發一個一次就可以知道你過去和現在感染的所有病毒的技術。


Figure: VirScan. Xu & Kula et al, Science 2015（每一行代表一個病毒帶有的所有 antigen，每一列代表一個樣體，顏色代表抗體量。）

Elledge 和他的團隊，利用 DNA microarray 和 T4 bacteriophage 建了一個涵蓋 206 種病毒，共超過一千個 strains 的病毒 peptide library (93904 peptides)，這些 peptides 是病毒蛋白的片段（也就是抗原 antigen），會表現在 T4 phages 的表面，被相對應的抗體辨識，當把人類的血液檢體和 T4 phages 混在一起後，血液裡面的抗體會找到相對應的病毒 peptides，之後再用 Protein G 去拉下表現其抗原的 T4 phages (immunoprecipitation)，再用 PCR 來找出是哪些病毒的蛋白片段，這表示血液中含有那些病毒的抗體，也就是說帶原者感染到那些病毒。由於在初感染過後的十到十四天，身體會產生抗體，且會在體內持續十幾二十年，所以這個 VirScan 這個技術也可以得知過去十幾年感染過哪些病毒。

這個研究檢驗了來自各洲的血液樣本，包括美國(北美)、泰國(亞洲)、南非(非洲)和秘魯(南美)，共 569 位血液捐贈者，其中也包括 HIV (AIDS) 帶原者，測試了超過一千萬的抗原和抗體的相互反應(antigen-antibody interaction)。這個技術只需 2ug 的免疫球蛋白(Ig, immunoglobin)，也就是約不到 1ul 的血清，大量的掃描檢驗可以把每個檢體的測試成本降到 $25 (美元)，他們發現這個技術和傳統的方式 -- 也就是用血清抗體測試單一病毒 -- 得出來的結果相同，而且敏感度和辨識度也很高，可以有效辨別 HSV-1 和 HSV-2。測試的結果顯示，每個人平均帶有十種病毒的抗體，其中有兩個以上的人，血液裡帶有 84 種病毒。所有檢驗的血液檢體中，最常見的有感冒病毒(RV-B, 71.8%)和皰疹病毒(HSV-4, 87%)。這個研究有個有趣的發現：有的 peptides 能被大多數人的血液裡的抗體辨識，就是說每個病毒都有一個主要的蛋白片段是可以被大多數人的抗體辨識的，例如 RSV (respiratory syncytial virus) 蛋白序列中的 141-196 這一段是被所有可檢測到此病毒的檢體所含抗體辨識到的，他們稱之為 "common epitopes"。

雖然這個技術敏感度高，辨識抗原的效果也不錯，不過也有些限制是需要繼續克服的，例如被 post-translationally modified 過的抗原 peptides 無法被辨識，另外就是包含在這個 library 裡的病毒才能被辨識到，所以必須不停的更新和增加 peptide 資料庫。哥倫比亞大學(Columbia University)的微生物學家 Vincent Racaniello 說，常見的腸道病毒，例如諾羅病毒(noroviruses)和輪狀病毒(rotaviruses)被檢測到的比例沒有他預期的高，可能的原因是其抗體存在體內的時間不夠長（雖然抗體通常是終身性的），或是其他技術上的問題。再來就是 peptide 的大小限制，這個資料庫裡的 peptide 長度是 55 個胺基酸(amino acids)，所以如果抗體能辨識的抗原大小在 55 個胺基酸以上的話，那可能就辨識不到。

撇開以上的限制，VirScan 不失為一個檢測的重要工具，而且成本也不高（$25 美金應該算很便宜吧），是個頗具前瞻性的新技術。


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Article:

SCP Willams, New test could reveal every virus that's ever infected you. Science News (2015)


Paper:

GJ Xu & T Kula et al, Comprehensive serological profiling of human populations using a synthetic human virome. Science (2015)