Seitdem der PCR-Test zum Nachweis von SARS-CoV-2 angewendet wird, ist er in aller Munde. Im Laufe des letzten Jahres haben sich noch andere Corona-Tests etabliert oder sind in Entwicklung.
Der klassische PCR-Test wurde in den 80er Jahren entwickelt und war ein Meilenstein in der Labordiagnostik. Es handelt sich dabei um ein Standardverfahren in der Erkennung von Viren. Der Test basiert auf der Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction, PCR), bei welcher das Erbmaterial des Erregers vervielfältigt wird. Viren können mit dieser Methode nachgewiesen werden, auch wenn nur wenige im Körper vorhanden sind.
Der PCR-Test hat eine hohe Sensitivität, weil er das Virus bzw. dessen Bestandteile mit einer großen Aussagekraft nachweisen kann. Und da nur die DNA von SARS-CoV-2 vervielfältigt wird, hat der Test auch eine hohe Spezifität. Er weist nur diesen gewünschten Erreger nach.
Der ursprünglich entwickelte PCR-Test war aufgrund der vielen Verfahrensschritte aufwendig. Insbesondere die wiederholten Abkühlungs- und Erhitzungsphasen waren schwierig in der Handhabung. Ein entscheidender Schritt in der Weiterentwicklung der PCR war die Einführung von thermostabilen DNA-Polymerasen, welche die Methode vereinfachten und beschleunigten. Immer spezifischere und feinere Analysen sind demnach möglich.
Real-Time RT-PCR-Test
Der Real-Time RT-PCR-Test, auch Goldstandard genannt, eignet sich besonders gut, die Menge des vervielfältigten DNA-Abschnitts zu bestimmen. Er findet unter anderem Anwendung beim Nachweis von HIV-, Influenza und auch SARS-CoV-2-Viren. Im Fachjargon wird dabei vom qPCR-Test gesprochen. Der Begriff RT-PCR ist für den Reverser Transkription PCR-Test reserviert, einer anderen PCR Methode.
Das Besondere an der qPCR Methode ist, dass sie visuell anspricht. Der eigentlichen Reaktion wird ein Fluoreszenzfarbstoff beigemengt. Durch die DNA-Vervielfältigung wird der Farbstoff aktiv. Bei jeder Replikation der Virus-DNA wird die Fluoreszenz bestimmt, in Echtzeit daher der Name. Aus der Fluoreszenz wird auf die Anzahl der Replikationen geschlossen. Mit statistischen Methoden kann dann auch die Anzahl der Kopien pro Reaktion abgeleitet werden und eine Quantifizierung ist möglich. Beispielsweise korreliert die Anzahl der Viruskopien mit dem Infektionsstand.
Die stetige Verbesserung der Testempfindlichkeit und -spezifität bleibt nach wie vor ein
Forschungsziel – insbesondere in Zeiten der Pandemie. Der qPCR ist der am weitesten verbreitete
Covid-Test, doch es gibt auch andere Wege, um SARS-CoV-2 nachzuweisen.
LAMP-Test
Der RT-LAMP-Test (Loop-mediated Isothermal Amplification) wird vor allem in Großbritannien zum Testen auf SARS-CoV-2 eingesetzt. Ein entscheidender Unterschied von LAMP zum qPCR ist die Vermehrung von DNA-Abschnitten bei gleichbleibender Temperatur (Isothermale Amplifikation). Dies ist möglich, da die DNA strangversetzt angewendet wird und das hohe Erhitzen, um den DNA-Strang zu trennen, entfällt. Damit fallen die aufwendigen Erhitzungs- und Abkühlungsphasen wie beim qPCR weg und ein Testergebnis liegt schneller vor.
Die Vervielfältigung der Virus-DNA erfolgt beim LAMP-Test schneller. Es werden andere Enzyme dafür eingesetzt als beim qPCR-Test. Ein Nachteil des LAMP-Tests ist dessen etwas reduzierte Genauigkeit im Vergleich zum qPCR. Immer mehr Studien sprechen jedoch für die Anwendung von LAMP-Tests, da diese schneller sind und auch kostengünstiger sein sollen. Genaue Studien zur Anwendung von LAMP für SARS-CoV-2 liegen noch nicht vor. (Stand: 16.03.2021)
Ausgenommen vom Thermocycler zur Temperaturregelung benötigt der LAMP-Test die gleichen chemischen Prüfmittel wie herkömmliche PCR-Tests, so die Kontroverse aus deutschen Labors. Da Nukleotide und Platten nur von wenigen Firmen angeboten werden, entsteht zwischen den beiden Methoden LAMP und PCR, ein gewisser Konkurrenzkampf. Zudem sind nahezu alle medizinischen Labore großflächig für PCR-Tests angelegt. Um auf LAMP umzustellen, müsste der komplette Laborprozess inklusive Geräte und Software erneuert beziehungsweise angepasst werden. Zusätzlich muss Personal trainiert und Richtlinien für eine Akkreditierung gewährleistet werden. In deutschen Medizinlabors ist LAMP aus diesen Gründen bisher wenig etabliert.
Multiplex-Tests zur Identifikation mehrerer Krankheitserreger
Multiplex-Tests können auf mehrere Erreger gleichzeitig testen. Somit kann eine Influenza von einer durch SARS-CoV-2 ausgelösten Erkrankung unterschieden werden. Diese Tests können auf zwei und bis zu 20 verschiedener Erreger gleichzeitig testen. Insbesondere bei Co-Infektionen ist der Multiplex-Test interessant, je nach Komplexität allerdings auch kostenintensiv. Nutzen und Kosten müssen bei diesem Test gut abgewogen werden. Für Intensivstationen sind Multiplex-Test relevant, da hier die Erreger und mögliche Co-Infektionen in nur einem Test identifiziert werden, und so eine schnelle Reaktion möglich ist.
SARS-CoV-2-Diagnostik mit Nanopartikeln
Einen anderen Ansatz bietet die auf Nanotechnologie beruhende Diagnostik. Diese Methode basiert auf magnetischen Nanopartikeln, die mit viralen Antigenen beschichtet sind. Zur Durchführung des Tests wird Blut auf die Testoberfläche aufgetragen. Danach werden die Nanopartikel mit einem Entwicklerreagenz behandelt. Enthält die Probe Antikörper gegen das Coronavirus, tritt eine Farbänderung auf.
Während der traditionelle ELISA-Test (Antigen-Test) nach etwa drei Stunden Ergebnisse liefert, zeigen Studienergebnisse, dass die neue Methode nur wenige Minuten dauert.
Damit bietet die Diagnostik mit Nanotechnologie eine Alternative für einen schnellen und präzisen Antigen-Nachweis.
Corona Schnelltest für zu Hause
Beim sogenannten Wohnzimmer-Schnelltest, welcher zurzeit in Drogerien und Supermärkten zu erwerben ist, handelt es sich um einen Antigen-Test. Dabei wird nicht die DNA oder RNA des Erregers nachgewiesen, sondern virustypische Proteine aus dessen Hülle. Der Test zeigt an, ob virus-spezifische Proteine im Speichel enthalten sind. Die Antigen-Kits funktionieren am besten am Anfang einer Infektion.
Da er für den Heimgebrauch entwickelt ist, muss der Schnelltest einfach durchführbar sein. Er kann mit einem Nasenabstrich oder Speichel durchgeführt werden. Die Speichelprobe wird mit einer Pufferlösung gemischt. Diese Lösung sorgt dafür, dass sich bestimmte Virus-Proteine freilegen. Die Lösung wird anschließend auf einen Papierstreifen oder eine Testplatte gegeben, welche mit Antikörpern versehen ist. Die Antikörper sind auf die virustypischen Proteine zugeschnitten und reagieren mit ihnen, sofern sie vorhanden sind. Ein etwaiges positives Ergebnis wird durch einen Farbstreifen angezeigt.
Antigen-Tests liefern in wenigen Minuten Ergebnisse. Sie sind kostengünstig herzustellen und müssen nicht von einem Labor ausgewertet werden. Sie eignen sich besonders als Nachweis am Anfang einer Infektion, wenn die Viruslast besonders hoch ist und die Ansteckungsrate hoch. Im späteren Infektionsverlauf sind sie jedoch weniger aussagekräftig. Zum Vergleich: Ein PCR-Test ist in der Lage ein einzelnes RNA-Molekül in einem Mikroliter Lösung nachzuweisen. Ein Antigen-Test benötigt pro Speichelprobe Tausende Virusproteine, um eine Probe als positiv zu erkennen. Der Test kann zu einem falschen Ergebnis führen, wenn nur wenige Mengen der SARS-CoV-2-Viren im Körper bzw. in der Probe enthalten sind.
Ausblick
Wie wichtig effiziente Diagnostik ist, hat die aktuelle Pandemie verdeutlicht. qPCR ist die am weitesten verbreitete Methode, um auf SARS-CoV-2 zu testen. Durch seine hohe Sensitivität bietet der Test in jedem Stadium einer SARS-CoV-2-Infektion ein aussagekräftiges Ergebnis. Jedoch dauert ein Testergebnis 4 bis 6 Stunden und benötigt eine Labordiagnose.
Die Ausstattung deutscher Medizinlabore mit LAMP-Technologie bietet die Möglichkeit Testkapazitäten, aufgrund der schnelleren Ergebnisse, zu erhöhen.
Weitere Forschung und Anwendung im Bereich der Nanotechnologie könnte schnelle und kostengünstigere Lösungen im Bereich der Schnelltests hervorbringen.
Zamann Pharma Support GmbH arbeitet mit namhaften Entwicklungsfirmen und Herstellern in Europa zusammen und hat sich unter anderem auf den Vertrieb von PCR-Tests und dazugehöriger Ausrüstung spezialisiert. Vom Hygienekonzept bis hin zur Errichtung von Testzentren ist Zamann Ihr professioneller Partner, der Sie bei allen Schritten tatkräftig unterstützt.
Quellen:
fda.gov | bundesgesundheitsministerium.de | pagepress.org | nature.com
