文字／柯皓翔、插畫／藍酪

6月24日，一名從台灣返回日本的女留學生，在日本檢出 COVID-19（又稱武漢肺炎、新冠肺炎）陽性，引起台灣是否潛藏社區感染的討論。中央流行疫情指揮中心後來聲明，女學生的檢測數據，應是落在「灰色地帶」，其中關鍵，就是台、日對PCR檢測數據的判讀。

目前，國際標準確診檢測工具都是針對病毒核酸進行PCR（polymerase chain reaction，聚合酶連鎖反應）。PCR檢測到底是什麼？有什麼不同種類？它的原理為何、又為何會出現指揮中心所說的「灰色地帶」 呢？ 

PCR為何是診斷工具的跨時代革命？

PCR中文為「聚合酶連鎖反應」，是實驗室診斷工具重大的革命，但其實，PCR很晚才被發明出來。

過去病毒、細菌檢測診斷或實驗最大的限制，是研究或檢測到一半，檢體和樣本就不夠用，必須透過「細胞培養」等方式，觀察細胞在感染病毒後是否產生病變（cytopathic effect, CPE），過程相對耗時費力。

1983年，美國化學家凱利．穆利斯(Kary B. Mullis)想到以參與DNA複製的「聚合酶」來複製實驗樣本的DNA，這個方法只要少量的DNA，就可以無限量複製，讓PCR的反應能在試管中又快又容易地進行，不只大大提升病菌檢測的時效，也帶動新藥的研發。1993年，穆利斯因而獲得諾貝爾化學獎。

PCR百百種，COVID-19用的是哪一種？

之後，PCR成為分子生物主要技術，並在此基礎上不斷推陳出新，常見的有「即時聚合酶連鎖反應（Real-Time PCR）」、「聚合酶連鎖反應─限制性片段長度多態性（PCR-RFLP）」、「巢式聚合酶連鎖反應（Nested PCR）」及「多重聚合酶連鎖反應（Multiplex PCR）」等等。

這次用在COVID-19確診病例診斷上，包括台灣在內，多使用「即時反轉錄聚合酶連鎖反應（Real-Time RT-PCR）」，即將新型冠狀病毒的RNA「反轉錄」(「轉錄」是指將DNA上的遺傳訊息，抄錄到RNA的過程；「反轉錄」則是反向，透過「反轉錄酶」作用，以RNA為模板，合成出互補DNA（cDNA）)成互補DNA後，再進行DNA擴增反應（互補DNA可以當作模板，在一輪輪的升降溫循環中，不斷重複「DNA變性」、「引子黏合」、「引子延長」的步驟，使雙股DNA從1條變2條，2條變4條，不斷乘以2，產生指數級放大），並以螢光染劑偵測每次PCR循環後產物總量，藉以判斷疑似病例檢體中是否含有病毒基因，是一種即時、定量的檢測技術。

這個檢測有兩大關鍵：第一，必須找到專一性高的「引子」（primer）（人工合成的短DNA片段，可以黏合在單股DNA上，界定複製的目標起始點和終點，一旦和DNA聚合酶結合，就會進一步延長，合成出DNA新的一股）釣出病毒特定片段，由於引子設計有螢光標記，會隨反應過程增加亮度、被儀器記錄下來，因此能換算出病毒數量。此次世界衛生組織（WHO）在1月，即對各國公布COVID-19的病毒引子；第二，則是要算出病毒「陽性」定量的Ct值（cycle threshold）──即螢光亮度到達設定的閾值所歷經的循環數。如Ct值是38、代表檢體在歷經38輪放大後，觀測到螢光達到閾值，Ct值愈高，代表病毒RNA濃度愈低、患者體內病毒愈少。