新型コロナウイルスの検査法の感度ややり方について書いてみた

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新型コロナウイルスの検査法の感度ややり方について書いてみた

2020-02-19

このエントリは新型コロナウイルスの対処法とかあれこれ書いてみたの続きです。

前エントリでは新型コロナウイルスの対処法を書きました。
このエントリでは、RNAウイルスとは?とか、ウイルス検査ってどうやってするの?っていうのを超簡単に正確に書いてみたいと思います。(←自分にプレッシャーかけるやつ)

新型コロナウイルスはRNAウイルス

RNAとは?

みなさんはDNAを御存じでしょうか?
DNAとは、私たちの体を構成する設計図(遺伝情報)が書き込まれているものです。よく、図書館にたとえられます。
そしてこの設計図の中には、約2万5000個ほどの遺伝子が入っています。よく、にたとえられます。
想像しやすく言うと、図書館の中に2万5000冊の本がきちんと整頓されて入っている。ってことです。

このDNAの中にある本を元にしてタンパク質が作られ、そのタンパク質が集まって、皮膚とか目とか口とかを作るわけです。

実際に本を読むとき、人間の体の中ではどうするか?というと、本をコピーするんですね。
DNAは二本鎖なので、ほどいて、一本鎖にして、そこにコピー機を置いて、コピーするわけです。

この時にコピーされたものがメッセンジャーRNA(mRNA)です。※実際は未成熟なメッセンジャーRNA(pre mRNA) が作られて、その後、mRNAになります。
なんでメッセンジャーというかというと、遺伝情報を運んでいくからです。一般的にRNAというと、このmRNAを指すことが多いです。
このRNA (pre mRNA)が実はウイルスの正体なのです。

プラス鎖のRNAとは?

RNAはコピーされるということを書きました。
では、実際のRNAはどうなっているでしょう?
DNAは二本鎖で出来ています。コピー機はそのうちの一本をコピーします。

二本の鎖のうち、どっちをコピーするか?は決まっていて、実際はプラス側(5’側)からマイナス側(3’側)への順番でできるようにコピーします。
この図でいう矢印の方向ですね。

二本鎖のDNA(青色と黄色)を引きはがして、遺伝情報の載っている5’→3’(DNAの青色)とは反対側の黄色で書かれているTACCCC・・・っていうDNAのほうにくっついて、コピーすることで、RNAは5’→3’のものができます(mRNAってかかれてるやつ)。
DNAからRNAへのコピーは、
T→A
A→U
G→C
C→G
と変換されるので、TACCCCはAUGGGGとコピーされてきます。
5’側から3’側へと遺伝情報がコピーされているものをプラス鎖(+鎖)といいます。
新型コロナウイルスは+鎖のRNAウイルスですので、ウイルスの情報(体を構成するタンパク質の情報など)が5’側から3’側へと記載されている。ということです。

新型コロナウイルスの遺伝情報

新型コロナウイルスのRNAは、一つの遺伝子を持っているだけじゃないんです。
実は、一つのRNAでたくさんのタンパク質を作れるのです。
下の図でいうPLとか3CLとかDMVとか、ウイルスを構成するすべてのたんぱく質をの遺伝情報を一つのRNAがもっているんですね。
いわば、ウイルスを作るための簡易図書館ってとこです。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/103948783より
で、このウイルスが感染しているかどうか?を見るために、このRNAが人の体の中にあるのかないのか?をチェックする検査方法がRT-PCRと言われているものです。

RT-PCRの原理

RT-PCR(アールティーピーシーアール)は、リバース トランスクリプショナル ポリメレース チェイン リアクション (Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction)と読みまして、日本語だと、逆転写ポリメレース連鎖反応って言います。めっちゃ難しいですよね!でも、原理を知れば簡単です。

逆転写(RT)

まず、最初の「リバース トランスクリプショナル(逆転写)」ですが、3’から5’への逆コピーの事です。
RNAは一本鎖です。一本なので、その相方をコピーで作っちゃおう!ってことです。

この図で説明しますと、RNAがあります。この3’側(右側)に、RNAにくっつくような配列のプライマーというDNAをくっつけてあげます。
そうすると、3’側だけ、二本鎖になりましたね。
あとは、そのプライマーの左端から5’→3’の方向(この図でいうと右側から左側)にどんどん相補的なDNAをくっつけていきます。
この時にDNAをくっつけていく装置が、逆転写酵素(ぎゃくてんしゃこうそ)といいます。
普通は、DNAからRNAがコピーされて作られるんですが、その、RNAからDNAを作ってくれる酵素が逆転写酵素なのです。
こうすることによって、RNAとDNAのハイブリットな二本鎖が出来上がります。
これが、RT(リバース トランスクリプショナル)のことです。

その下のDNAampって書いてあるのが、DNAを増やすよ!ってことです。これは、PCRってのを使います。

ポリメレース チェイン リアクション(PCR)

次は、残りのPCR(ポリメレース チェイン リアクション)です。
日本語でいうと、転写酵素(ポリメレース)による連鎖反応です。

これも原理は簡単です。
DNAは95℃とかの温度にすると、二本鎖がほぐれて一本鎖になります。
なので、さっきのRTで二本鎖になったものを熱で1本鎖にはがしてあげます。
この下の図でいう右上の状態ですね。DNA(もしくはRNA)が熱で一本鎖になりました。

そこに登場するのがさっきのプライマーと、3’側にくっつくためのプライマーです。プライマーは二種類です。
このプライマーはだいたい53℃~60℃くらいの時にDNAにくっついてくれます。
図の右下ですね。

DNAにプライマーがくっついたら、今度は転写酵素という、DNAからDNAを作れる酵素を使用して、プライマーを起点に、5’から3’の方向へとDNAを相補的にどんどんくっつけてあげます。
図の左下ですね。

そうするとあら不思議、最初二本鎖の一つのDNAだったものが、二つの二本鎖DNAに増えました。
この二つに増えたものをまた温度を95℃にして、一本鎖にして、またプライマーをくっつけて、転写酵素でDNAをつくっていくと、今度は4本の二本鎖DNAができました。
さらに、もう一度繰り返すと、今度は4→8本に!さらに繰り返すと8→16→32→64→128→256・・・・と、繰り返せば繰り返すほどDNAが増えてくるんですね。
目に見えるようにまで増えるのにだいたい25サイクルくらいまわします。
これが転写酵素による連鎖反応(PCR)です。
全部でだいたい2時間くらいです。

この反応ができるようになったのは、海底火山に住む生き物から72℃くらいでDNAを転写してくれる酵素をゲットできたからです。
人間の体の中にある転写酵素は46℃とかになるとへばっちゃうんですが、この海底火山の熱いところで生活している生き物の転写酵素は95℃に温度を上げても死なないんですね!
なので、DNAをはがすのに95℃にしても大丈夫なんです!すごいですね。
今までは、転写して、DNAを剥がしたら転写酵素がへばっちゃってたので酵素を追加したりしないとダメだったんですが、この転写酵素の発見により、転写酵素の追加なしにDNAはバンバン増やせるようになりました。

ウイルスの検出法

さて、このRTからのPCRにより、RNAからDNAを作り、それを増やせることがわかりましたよね?
RNAウイルスには当然RNAが入ってますから、そのRNAを取ってきて、DNAにして、増やせばいいんですね。

もし、RNAウイルスに感染していれば、DNAとしてバンバン増えてくるはずです。
もし、感染してなければ、どんだけRTPCRをしてもDNAは増えてきません。
だから、増えてきたら陽性(ウイルス有り)
増えてこなかったら陰性(ウイルス無し)って判断ができるってことです。

ただ、問題がいくつかありまして、一番重要なのはRNAって一本鎖なので、切れたり壊れたりしちゃいやすいんですね。
DNAは二本鎖でがっつり守られてますからなかなか切れないのですが、RNAはすぐに壊れちゃいます。
なので、ウイルスからRNAを取り出すのは素人には無理なんですね。
2年くらい修行したらRNAを取り出すのは余裕になります。(ちなみに私は10年くらいやってました。)

下手くそがやると、ウイルスがいても、RNAが壊れちゃって、RTPCRで増えてこないから「陰性」ってなる場合があります。

もう一つの問題としては、プライマーの設計です。
これを素人さんがやると、増えてこない場合があります。
プライマーにはちゃんとRNAやDNAにくっつかさせれる配列と温度設定ってのがありまして、これも数年やってたらだいたいわかるようになります。
PCRには二つのプライマーを使うので、その相性がちぐはぐだったりすると、増えてきません。
私はこれも10年くらいやってまして500本以上のプライマーを作ってきましたが、失敗したのは10本くらいやと思います。これもセンスです。

自称感染症医さんが、RTPCRはすぐには結果が出ないし、感度が30~50%くらいしかないし、一回に1万数千円する。とかって言ってましたが、デマです。
感度が低いのはRNAの抽出が素人か、プライマー設計がお粗末だったか、そもそも技官の腕が悪いのかです。
RTPCRの感度は90%以上はあります。
また、コストも、プライマーが二種類で2000円(1万回くらい使えます)RNA抽出キットやRT-PCRキットを使ってもだいたい5千円ほどです。

【ファクトチェック】コロナウイルスの検査に1万数千円かかるという話の出所を調べてみたよ【新型肺炎】

というわけで、わからないことがあったらツイッターでどんどん質問してくださいね。

つづき
ダイヤモンドプリンセス号に潜入した岩田氏の動画のあれこれを解説してみた


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