Het detecteren van virussen doe je zo

De wetenschap achter virale detectie

We weten het allemaal, het testen van mensen is uiterst belangrijk om de epidemie in kaart te brengen en geïnfecteerden te isoleren van de rest van de populatie. Dat testen houdt in dat de pathogeen (in dezer tijden het nieuwe Coronavirus) gedetecteerd wordt in een staal van een patiënt. Maar hoe werkt dat net? Hoe kan je bijvoorbeeld een virus gaan detecteren in een staaltje uit je neus?

Er zijn uiteraard verschillende mogelijkheden om een virus te detecteren. Eén van de meest voor de hand liggende opties is om het virus rechtstreeks te gaan bekijken onder een (sterke) microscoop. Je kan ook het viraal genetisch materiaal detecteren, specifieke antigenen (deeltje van virus dat door het immuunsysteem kan herkend worden) karakteriseren of de antilichamen als reactie op het virus in het lichaam detecteren. Een goede test voldoet, zeker in tijden van crisis, aan vijf voorwaarden: de test is snel, simpel, gevoelig, specifiek en goedkoop. Met gevoelig bedoelen we dat de test al zeer kleine hoeveelheden van het virus kan detecteren. We noemen een test specifiek als die net het gewenste virus detecteert, maar niet andere gelijkaardige virussen.

DNA detecteren in een kettingreactie

Om het Coronavirus te detecteren wordt er, op aanraden van de Amerikaanse CDC en de Belgische overheid, vaak gebruik gemaakt van een techniek die kwantitatieve PCR noemt. PCR staat voor Polymerase Chain Reaction. Het is eigenlijk een zeer eenvoudige techniek die een bepaald enzym, een polymerase, gebruikt om een kettingreactie in gang te zetten dat iteratief het genetisch materiaal vermenigvuldigd. Dat iteratief gebeuren is een exponentieel proces (vandaar chain reaction), zoals je kan zien in de afbeelding hieronder. Het genetisch materiaal dat vermenigvuldigd wordt kan DNA of RNA zijn van het virus dat we willen detecteren. Eens het genetisch materiaal voldoende vermenigvuldigd is, kan het worden gedetecteerd en kan er aldus uitsluitsel worden gegeven over de test.

Die PCR reactie kan ook op een kwantitatieve manier gebeuren. Dit houdt in dat naast het eenvoudig detecteren van het DNA of RNA we ook kunnen meten hoeveel genetisch materiaal er net aanwezig is in het staal. Hiervoor gebruiken we speciale stukjes DNA die in elke cyclus kunnen gebruikt worden om een fluorescent signaal uit te sturen. Naarmate er meer DNA vermenigvuldigd is, wordt het signaal sterker, en die sterkte kan gebruikt worden om de hoeveelheid genetisch materiaal te kwantificeren.

Als laatste hebben we voor Coronavirussen nog een extra enzym nodig, omdat Coronavirussen RNA virussen zijn. Dat RNA (een bepaalde vorm van genetisch materiaal) moet eerst omgezet worden naar DNA (een andere vorm van genetisch materiaal). Dat proces wordt de cDNA synthese genoemd in wetenschappelijke terminologie.

Uiteindelijk komen we dus tot het overzicht hieronder. Eerst wordt een staal van de patiënt genomen, waaruit RNA geëxtraheerd wordt. Dat RNA wordt vervolgens omgezet naar DNA in de cDNA synthese. Daarna kan de kwantitatieve (q) PCR uitgevoerd worden, wat uiteindelijk tot een resultaat leidt. Het afgebeelde proces duurt een tweetal uur, maar daar werd de staalname, verwerking en eventueel transport niet ingerekend. In de praktijk duurt het aldus enkele uren. In de VS werd recent trouwens ook een nog snellere test goedgekeurd voor productie.

Een kwantitatieve PCR test voldoet aan alle opgesomde voorwaarden: het is een snel en simpel proces, dat zeer gevoelig en specifiek vele pathogene virussen kan detecteren. Het is bovendien goed schaalbaar: dure microscopen zijn er niet in elk labo, maar vele onderzoekslabo’s hebben wel een qPCR machine. Finaal maakt het kwantitatieve aspect van het proces het ook mogelijk een objectieve inschatting te maken van de hoeveelheid virus dat aanwezig is.

En zo zie je maar, het detecteren van een virus, één van de meest belangrijke aspecten in het bestrijden van een pandemie, is eigenlijk geen ingewikkeld proces.

Hou jezelf veilig!

De afbeeldingen voor deze post zijn (deels) gemaakt door Thermo Fisher Scientific, BioVendor en Grafix Point, PK (The Noun Project).