PCR, Antigen und Antikörper - Fünf Dinge, die man über Coronavirus-Tests wissen sollte
PCR, Antigen und Antikörper - Fünf Dinge, die man über Coronavirus-Tests wissen sollteDo, 31.12.2020 — Redaktion
Tests sind von entscheidender Bedeutung, um das Coronavirus zu diagnostizieren und seine Ausbreitung einzudämmen. Es gibt zwei Arten von Covid-19-Tests: solche, mit denen festgestellt werden soll, ob Sie jetzt an der Infektion leiden, oder solche, mit denen überprüft werden soll, ob Sie zuvor mit dem Krankheit verursachenden Virus - SARS-CoV-2 - infiziert wurden. Wie jedes andere Produkt weisen diese Tests unterschiedliche Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsgrade auf und können verwendet werden, um unterschiedliche Ziele zu erreichen. Das EU Research and Innovation Magazine "Horizon" zeigt kritische Punkte auf.*
Wir brauchen Technologien, die schnell sind, genau sind, einen hohen Durchsatz erlauben und keine teuren, komplexen Laborgeräte oder das Fachwissen hochqualifizierter Mitarbeiter erfordern. Zur Zeit gibt es aber nichts, das all diese Kriterien erfüllt, sagt Professor Jon Deeks, ein Biostatistiker und Testexperte von der Universität Birmingham, UK. "Wir besitzen noch keinen derart perfekten Test, aber einige, die in manchen Aspekten gut sind, in anderen aber nicht."
Hier sind nun fünf Punkte, die man über Coronavirus-Tests wissen sollte:
1. Am gebräuchlichsten sind PCR- und Antigen-Tests; diese funktionieren aber auf unterschiedliche Weise
Um das Vorhandensein des Virus festzustellen suchen Antigentests nach Proteinen (Proteinfragmenten) auf seiner Oberfläche. PCR-Tests (Polymerasekettenreaktionen) wurden entwickelt, um genetisches Material des Virus - d.i. die RNA - festzustellen, welches die Anweisung zur Herstellung dieser Proteine enthält.
Als Probe benötigen beide Tests einen Abstrich aus dem tiefen Nasenraum (Abbildung 1) oder der hinteren Rachenwand. Ist das Ergebnis positiv, können aber beide Testarten keine Aussage treffen, ob man auch ansteckend ist. Und hier enden auch schon die Ähnlichkeiten.
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| Abbildung 1. Um einen optimalen Abstrich durch die Nase zu erhalten, muss das Wattestäbchen bis zur Hinterwand des Nasen/Rachenraums geführt werden. (Bild: Collecting a nasopharyngeal swab Clinical Specimen; US Center of Disease Control and Prevention (CDC); Screenshot. von der Redaktion eingefügt) |
Im Falle des PCR-Tests wird die Probe an ein Labor geschickt, wo unter Verwendung spezieller Reagenzien die RNA des Virus in DNA (sogenannte c-DNA) umgeschrieben und - zur Identifizierung des Pathogens - in einer Serie von Kühl-und Erwärmungsschritten millionenfach vervielfacht wird. Dieser Prozess kann Stunden dauern, erfordert hochentwickelte Laborgeräte und ausgebildete Techniker; normalerweise wird jede Probe jeweils einzeln untersucht; allerdings gibt es Maschinen, die mehrere Proben gleichzeitig verarbeiten können. Der zeitaufwändige Prozess zahlt sich aus, da infizierte Personen mit fast 100% Präzision erkannt werden, sofern sich Viren in dem Abstrich befinden.
Im Gegensatz dazu funktionieren Antigentests - oft als Schnelltests bezeichnet -, indem die Abstrichs-Probe mit einer Lösung gemischt wird, die bestimmte virale Proteine freisetzt. Diese Mischung wird dann auf einen Papierstreifen aufgebracht, der einen maßgeschneiderten Antikörper für diese Proteine enthält, und diese bindet, falls sie vorhanden sind. Wie bei einem Schwangerschaftstest zu Hause spiegelt sich das Ergebnis als Bande auf dem Papierstreifen wider. Abbildung 2.
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| Abbildung 2. Der Antigentest-Kit (links). Der Nasen- oder Rachenabstrich wird mit der Testflüssigkeit vermischt auf einen Papierstreifen aufgetragen (Mitte) und kurz danach kann das Ergebnis abgelesen werden (rechts). (Quelle: Wikipedia dronepicr - Safe Corona Rapid Test Diagnostic; Lizenz cc-by-2.0. Bild von Redn. eingefügt.) |
Dieser Prozess erfordert kein Labor und kann in bis zu 30 Minuten durchgeführt werden. Die Schnelligkeit geht jedoch zu Lasten der Empfindlichkeit. Obwohl diese Tests zuverlässig sind, wenn eine Person eine hohe Viruslast aufweist, sind sie weitaus anfälliger für falsch negative Ergebnisse, wenn jemand geringe Mengen des Virus im Körper hat.
2. Sensitivität und Spezifität sind Kriterien für die Brauchbarkeit eines Tests
Diese beiden Kriterien werden verwendet, um die Aussagekraft eines Tests zu bestimmen: "Wie gut erkennt dieser Test Krankheiten und wie gut erkennt er die Abwesenheit von Krankheiten", erklärt Prof. Deeks.
Die Sensitivität ist definiert als der Anteil an mit Covid-19 infizierten Personen, die korrekt ein positives Ergebnis erzielen, während die Spezifität der Anteil der nicht-infizierten Personen ist, welche der Test korrekt als negativ identifiziert.
Ein hochsensitiver Test weist im Allgemeinen eine niedrige Falsch-Negativ-Rate auf, birgt jedoch das Risiko von falsch-positiven Ergebnissen, wenn seine Spezifität nicht auf dem neuesten Stand ist. Auf der anderen Seite besteht bei einem hochspezifischen Test das Risiko von falsch negativen Ergebnissen, wenn die Sensitivität des Tests gering ist; im Allgemeinen wird es eine niedrige falsch positive Rate geben. PCR-Tests gelten als Goldstandard, da sie im Allgemeinen hochsensitiv und hochspezifisch sind.
3. Wenn es um Schnelltests geht, kann von entscheidender Bedeutung sein, wer den Test ausführt
Im Rahmen der Pläne der britischen Regierung zur Durchführung von Massenimpfungen wurde in Liverpool ein Antigentest namens Innova Lateral Flow Test eingeführt. Das Ziel war Arbeitnehmern damit die Rückkehr in die Büros zu ermöglichen und Familien ihre Angehörigen in Pflegeheimen wieder umarmen zu können, stellt Prof. Deeks fest.
Dieses Freitesten („Test to Enable“ -Strategie) schlug jedoch fehl; Wissenschaftler fanden heraus, dass in einer Population von Menschen, die zum überwiegenden Teil Symptome aufwiesen, die Sensitivität des Tests auf etwa 58% sank, wenn dieser von selbstgeschultem Personal durchgeführt wurde. Im Gegensatz dazu stieg die Sensitivität auf 73%, wenn der Test von qualifizierten Krankenschwestern ausgeführt wurde und auf 79%, wenn Laborwissenschaftler testeten. In einer Studie an asymptomatischen Menschen fiel die Sensitivität im Vergleich zu PCR-Tests auf etwa 49%.
"Man kann also von einem Trend sprechen, je erfahrener die Leute im Ausführen des Tests sind, desto weniger Fälle werden übersehen", sagt er. Es gibt einige Schritte, die sehr sorgfältig erfolgen müssen, wie beispielswise das genaue Ablesen. "Manchmal ist es schwer zu sagen, ob es sich um eine Bande oder um eine Verunreinigung handelt", sagt Prof. Deeks.
PCR-Tests werden im Labor durchgeführt, das Risiko für Fehler ist viel geringer, fügt er hinzu.
Die Produzenten versuchen auch Tests für zu Hause zu entwickeln. Angesichts der von uns gesammelten Erfahrungen, wie die Genauigkeit von Schnelltests davon abhängt, wer diese ausführt, ist dies ein Problem, meint Prof. Deeks.
"Wenn die Leute Tests einfacher durchführen können, werden mehr Leute getestet ... ich glaube aber nicht, dass wir den Test haben, um dies schon zu tun", sagt er. Und fügt hinzu, dass es keine guten Studien gibt, die untersuchen, welchen Nutzen diese zusätzlichen Tests haben würden, beispielsweise welche Auswirkungen wiederholte falsch-negative Ergebnisse auf das Verhalten haben könnten.
In einem am 18. Dezember veröffentlichten Proposal für gemeinsame Regeln bei Antigen-Schnelltests erklärte die Europäische Kommission, dass Antigen-Schnelltests von geschultem medizinischem Personal oder anderen geschulten Kräften durchgeführt werden sollten (1)
4. Bevor Schnelltests genauer werden, sollten negative Testergebnisse nicht zur Förderung riskanter Aktivitäten dienen
Wenn ein Test wie der Innova-Test bis zur Hälfte der Fälle falsch liegt, kann man wirklich niemand als frei von dem Risiko betrachten infiziert zu sein oder die Infektion zu verbreiten, bemerkt Prof. Deeks.
"Man wird immer einen kleinen Prozentsatz an Leute haben, die bei allen Tests herausfallen", sagt Gary Keating, Chief Technology Officer von HiberGene, einem in Irland ansässigen Unternehmen, das einen Covid-19-Test vertreibt. Der Test verwendet die LAMP-Technologie, eine billige Alternative zur PCR-Technologie.
"Ich denke, es ist immer gefährlich, einen einzelnen diagnostischen Test isoliert durchzuführen und diesen als Grundlage zu verwenden, um eine sehr wichtige Entscheidung in Hinblick auf Gesundheit oder Lebensstil zu treffen", sagt Keating.
In großem Maßstab angewandt könnten solchen Ergebnisse zu einem falschen Sicherheitsgefühl führen, meint Prof. Deeks.
Regierungen sind daran interessiert, Schnelltests zu verwenden, da diese billiger sind und schneller für Kampagnen zur Massenimpfung eingesetzt werden können. Da sie jedoch hinsichtlich der Genauigkeit limitiert sind, ist es wichtig, negative Testergebnisse nicht dazu zu verwenden, um riskantere Aktivitäten wie das Treffen mit älteren oder schutzbedürftigen Angehörigen zu ermöglichen, sagt er.
Einige Länder, wie die Vereinigten Staaten, empfehlen einen PCR-Test, wenn Personen mit Symptomen mit einem Antigen-Schnelltest negativ getestet werden, um das Ergebnis zu bestätigen.
Wenn Schnelltests auch gut dazu geeignet sind, Menschen mit hoher Viruslast zu erfassen, so ist es noch nicht klar, bis zu welchem Grenzwert an Viren keine Ansteckung erfolgt. Bei Covid-19 weisen die Infizierten in der frühen Phase der Infektion einen Spitzenwert der Viruslast, aber die virale RNA kann Wochen oder sogar Monate lang bestehen bleiben. Abbildung 3.
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| Abbildung 3. Nachweis von SARS-CoV-2 mittels PCR-Test in Nasen-Abstrichen von Patienten mit mildem bis moderatem Krankheitsverlauf. 4 Wochen nach Einsetzen der Symptome trugen die Patienten noch rund 30 % der maximalen Virenlast. (Quelle: Dr Ai Tang Xiao - https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/community/strategy-discontinue-isolation.html https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7. Lizenz cc-by 4.0. Das Bild wurde von der Readktion eingefügt.) |
5. Antikörpertests könnten nützlich sein, um die Dauerhaftigkeit von Impfreaktionen zu messen
Antikörper sind Soldaten, die vom Immunsystem als Reaktion auf einen fremden Eindringling - in diesem Fall SARS-CoV-2 - eingesetzt werden. „Ursprünglich bestand die Hoffnung, dass Antikörpertests es uns ermöglichen könnten, die Krankheit schnell und einfach zu diagnostizieren. Es stellt sich jedoch heraus, dass die Tests noch zwei bis vier Wochen lang (nach der Infektion) kein positives Ergebnis zeigen“, sagt Prof. Deeks.
Und es kommt noch ärger, denn selbst wenn Sie positiv auf Antikörper getestet werden, bringt Ihnen diese Information nicht viel, außer einer hohen Wahrscheinlichkeit, dass Sie in der Vergangenheit Covid-19 gehabt haben. "Wir haben keine Ahnung, welche Konzentrationen an Antikörpern zum Schutz vor der Krankheit führen und welcher Antikörpertyp am wichtigsten ist. Ich bin mir nicht sicher, ob auch darüber Konsens besteht", sagt er.
Es ist auch unklar, wie lange Covid-19-Antikörper im Körper verbleiben oder ob jemand, der positiv auf Antikörper getestet wurde, sich das Virus nicht wieder einfängt.
Wofür diese Tests nützlich sein könnten, ist die Ausbreitung von Covid-19 populationsweit abzuschätzen - zum Beispiel, wie viel Prozent der Bevölkerung und welche ethnischen Gruppen sich Covid-19 zugezogen haben, sowie um die Dauerhaftigkeit von Impfreaktionen zu messen, fügt Prof. Deeks hinzu.
*Der Artikel ist am 18. Dezember 2020 im Horizon, the EU Research and Innovation Magazine unter dem Titel: " PCR, antigen and antibody: Five things to know about coronavirus tests" https://horizon-magazine.eu/article/pcr-antigen-and-antibody-five-things-know-about-coronavirus-tests.html (Autorin: Natalie Grover). Der unter einer cc-by-Lizenz stehende Artikel wurde von der Redaktion möglichst wortgetreu aus dem Englischen übersetzt. Drei Abbildungen wurden von der Redaktion eingefügt.
Weiterführende Links
WHO's Science in 5 on COVID-19 - Tests, Video 4:49 min. (Englisch) https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019/media-resources/science-in-5/episode-14---covid-19---tests
Michael Wagner: COVID-19 Faktencheck: Welche COVID-19 Testverfahren gibt es? Video 7:37 min. https://www.youtube.com/watch?v=6IsrIO9RT3w
Jon Deeks, Prof.of Biostatistics, Institute of Applied Health Research, University Birmingham. https://bit.ly/37X6wBP