一种使用拉曼光谱精确定位单个细胞中病毒RNA的方法

罗格斯大学的科学家发明了一种基于表面增强拉曼光谱（surface-enhanced Raman spectroscopy）定位并定量测量活体细胞中病毒RNA的新技术。这项技术可以检测病毒RNA序列中的微小改变——这些变异可能会使病毒获得进化优势，甚至使一些携带者成为“超级传播者”。

如果研究人员可以筛选出超级传播者体内高病毒载量（viral loads）的单个细胞，并对这些细胞中的病毒序列进行研究，或许就可以了解病毒是如何从进化中获得更高的传染性，从而对症下药、进行疫苗研发。此外，宿主细胞自身的特性也可能助纣为虐、帮助病毒复制，因此成为治疗的对象。另一方面，一些细胞可能会使病毒发生突变，不再具有传染性。了解个中缘由也有可能给抗病毒疗法和疫苗研制带来帮助。

“在对SARS-CoV-2这样的病毒进行研究时，研究个体（单个人甚至是单个细胞）对病毒的反应与研究群体对病毒的反应同样重要。” Laura Fabris教授说。“因此我们将努力的方向放在研究单个细胞中的病毒复制上，而这一领域的研究过去往往因技术限制而难以进行。”

研究人员发明了一种基于表面增强拉曼光谱的检测方法，这种方法足够精确，可以探测到活体细胞中的病毒RNA及其突变。研究人员使用这种方法研究了甲型流感病毒（influenza A）：他们在纳米金（gold nanoparticles）中加入了一种针对甲型流感病毒的“信标DNA（beacon DNA）”；如果存在甲型流感病毒RNA，这种信标DNA会发出强烈的表面增强拉曼光谱信号；若没有，则不会。

当越来越多的病毒发生突变时，信标DNA会产生较弱一些的光谱信号，可以检测到两个核苷酸变异的精度。研究人员发现纳米金颗粒可以进入培养皿中的人体细胞，仅在存在甲型流感病毒的细胞中产生光谱信号。

研究团队正在尝试发明该技术的另一版本，检测荧光信号：当病毒RNA存在时，产生荧光信号。“表面增强拉曼光谱方法在临床应用中并不实际，这是突破性的应用。” Fabris说。“所以我们想要发明一种临床医生和病毒学家更熟悉、可以立即被投入使用的技术。”团队正在与其他高校的病毒学家和数学家们合作，力求发明一种可以同时读取多个荧光样本的微型全分析系统。

与其他基于荧光或逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）的方法相比，表面增强拉曼光谱技术更灵敏，价格更低廉，反应更快速，更易操作，未来将有助于检测、研究病毒。Fabris教授正与一家生产价格低廉、便携的拉曼光谱仪的企业合作，力求将表面增强拉曼光谱检测技术应用于整个行业。

研究团队正试图使用表面增强拉曼光谱探针识别SARS-CoV-2基因组。Fabris说，“我们正在争取资金，以将我们发明的表面增强拉曼光谱方法用于SARS-CoV-2诊断。”

此项研究发表于2020年8月17-20日举行的线上美国化学学会秋季年会上。