Diagnostik von SARS-CoV-2

Asymptomatisch, aber dennoch SARS-CoV-2-positiv? Weshalb man dennoch infiziert sein kann.

Ein Teil der Infizierten entwickelt keine Symptome und bleibt von den Beschwerden einer COVID-19-Erkrankung verschont. Dieser Verlauf wird als asymptomatisch bezeichnet. Ob eine infizierte Person einen symptomatischen oder asymptomatischen Verlauf hat, hängt von der individuellen Immunantwort ab.

Asymptomatische Infizierte sind jedoch nicht mit Präsymptomatischen gleichzusetzen. Als präsymptomatisch werden Infizierte bezeichnet, die noch keine Symptome zeigen, aber im weiteren Verlauf welche entwickeln werden. Insbesondere in dem Zeitraum in welchem diese Personen keine Symptome zeigen, haben sie ein großes Risiko andere Personen unwissentlich anzustecken. [15]

Was ist ein Antigen-Schnelltest?

Antigenschnelltests dienen dem Nachweis von viralem Protein. Ist virales Protein in der Probe enthalten, reagiert es mit den spezifischen Antikörpern auf den Teststreifen welche farbmarkiert sind. Es bilden sich Antigen-Antikörper-Komplexe und es erscheint ein positives Testergebnis. Zusätzlich enthalten die Teststreifen eine sogenannte Kontrolllinie, die farbig erscheinen muss um den richtigen Testablauf und das vollständige Durchlaufen der Probe durch das Testkit zu gewährleisten. Jedoch ist für ein positives Ergebnis eine höhere Viruslast nötig als bei PCR-Tests; die Sensitivität und Spezifität ist geringer. Das Ergebnis liegt bereits nach 15-20 min vor, es wird kein Labor für die Auswertung benötigt und die Tests sind kostengünstiger als PCR-Tests, weshalb sie eine gute Ergänzung zu den PCR-Tests sind. Durch regelmäßiges Testen vieler Personen können Hochansteckende identifiziert und Infektionsketten durchbrochen werden. Um ein falsch positives Ergebnis auszuschließen, muss ein positives Schnelltestergebnis mit einem PCR-Test überprüft werden. [15]

Was ist ein Antikörpertest?

Ein Antikörpertest dient beispielsweise dem Nachweis von auf SARS-CoV-2 spezifischen Antikörpern im Blut. Diese können im Blut während der akuten Infektionsphase und nach Abklingen der Symptome nachgewiesen werden. Etwa zwei Wochen nach dem Beginn der Symptome sind die Antikörper nachweisbar. Der Antikörpertest ist daher zur Detektion einer Infektion mit SARS-CoV-2 ungeeignet, aber für die Überwachung der Verbreitung des Virus und für epidemiologische Fragestellungen sinnvoll. [16]

Was bedeutet der Ct-Wert?

Der Ct-Wert (cycle threshold, „Zyklus-Schwelle“) wird beim PCR-Test ermittelt und gibt Auskunft über die tatsächliche Menge an Virus-RNA, welche eine infizierte Person in sich trägt. Je höher der Ct-Wert, desto niedriger ist die Viruskonzentration der Probe und desto niedriger ist die tatsächliche Menge der Virus-RNA in der Probe. Ein Ct-Wert > 30 ist mit einer niedrigen Viruslast assoziiert. Diese ist ein Indikator für eine Infektion mit einer geringen Virusmenge oder für eine abklingende Infektion. Aber auch eine nicht optimale Probenentnahme kann zu einer geringen Viruslast führen. Je höher die Viruskonzentration, desto größer ist auch die Infektiosität der infizierten Person.

Der Ct-Wert ist allerdings nur ein semiquantitativer Messwert und kann, aufgrund des fehlenden Bezugs zu einer Referenz, nicht direkt zwischen mehreren Laboren verglichen werden. [17]

Wie gelangt man von der Probennahme zum Testergebnis?

Zum Nachweis von SARS-CoV-2 wird eine Probe aus den oberen Atemwegen entnommen. Es wird ein Nasen-Rachen-Abstrich (Nasopharynx-Abstrich) oder ein Rachenabstrich (Oropharynx-Abstrich) durchgeführt um an Probenmaterial zu gelangen.

Das Probenmaterial wird im Falle des Schnelltests in einer Testlösung gelöst und auf das Testkit getropft. Weitere Erläuterungen siehe „Was ist ein Antigen-Schnelltest?“.

Beim PCR-Test wird die Probe in ein Labor eingeschickt, welche die ggf. in Probe vorhandene RNA des Coronavirus mittels RT-PCR nachweist. Weitere Erläuterungen siehe „Wie funktioniert eine RT-PCR?“. [18] 

Was bedeutet die Reproduktionszahl R?

Die Reproduktionszahl R (R-Wert) gibt an, wie viele weitere Personen eine infizierte Person durchschnittlich ansteckt.  Die Basisreproduktionszahl Rgibt die Anzahl der Personen an, die sich durchschnittlich von einer infizierten Person anstecken. wenn keine Präventionsmaßnahmen getroffen werden und keine Person immunisiert ist. Bei einem R-Wert > 1 kann sich eine Infektion ausbreiten. Für den Wildtyp von SARS-CoV-2 wurde eine Basisreproduktionszahl zwischen 2,8 und 3,8 ermittelt. Eine infizierte Person steckt also durchschnittlich 3-4 weitere Personen an. Die neuen Virusvarianten zeigen eine höhere Übertragbarkeit, was zu einem höheren R-Wert führt.

Durch die Präventionsmaßnahmen und zunehmende Immunisierung sinkt der R-Wert, da eine erkrankte Person weniger weitere Personen infizieren kann. [8,18]

Allein ist der R-Wert jedoch kein Maß für die Entscheidung über die Notwendigkeit von Maßnahmen, sondern gibt Auskunft über das Infektionsgeschehen und dessen Kontrolle. Zu den weiteren wichtigen Maßzahlen gehören z.B. die Anzahl der täglichen Neuerkrankungen und die Schwere der Erkrankungen. [20] 

Wie funktioniert eine RT-PCR?

RT-PCR hat zwei Bedeutungen, die im Folgenden erläutert werden.

RT-PCR steht für Reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion und ist ein Goldstandard in der Diagnostik. Seine Durchführung ist nur in speziellen Laboren möglich.

Mit der herkömmlichen PCR können keine RNA-Fragmente vervielfältigt werden, was jedoch für den Nachweis von Coronaviren, RNA-Viren, notwendig ist. Bei der RT-PCR wird das Enzym Reverse Transkriptase verwendet, mit dessen Hilfe aus der RNA die komplementäre DNA gebildet werden kann. Dieser Vorgang ist der eigentlichen PCR vorgeschaltet.

Eine PCR läuft folgendermaßen ab. Zuerst wird die zuvor entstandene komplementäre DNA auf 96 °C erwärmt und die Wasserstoffbrücken der doppelsträngigen DNA werden gespalten, sodass die DNA als Einzelstrang vorliegt. Diesen Prozess nennt man Denaturierung. Anschließend wird die Temperatur auf ca. 60 °C gesenkt (abhängig von den verwendeten Primern) und die Primer binden jeweils an das Ende des Einzelstrangs. Dieser Vorgang wird als Annealing bezeichnet. Nach dem Annealing findet die Elongation statt. Die Temperatur wird auf 72 °C angehoben und das Enzym Polymerase synthetisiert ausgehend vom Primer den komplementären DNA-Strang zum vorliegenden Einzelstrang. Statt zuvor einem vorliegenden DNA-Doppelstrang liegen jetzt zwei Doppelstränge vor. Diese werden erneut denaturiert und der beschriebene Vorgang wird beliebig oft wiederholt werden. [17,21]

RT-PCR ist zusätzlich eine Abkürzung für real-time-PCR, eine Methode mit der in Echtzeit geschaut werden kann ob die gesuchte Zielsequenz in der Probe vorhanden ist. Dafür werden DNA-Abschnitte, die komplementär zur gesuchten Gensequenz und mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert sind, verwendet. Diese lagern sich bei Anwesenheit der gesuchten Gensequenz während der PCR an die Gensequenz an und die entstehende Fluoreszenz kann dann gemessen werden. [22]

Wie funktioniert eine Sequenzierung?

Die Sequenzierung ist ein Analyseverfahren zur Detektion der Nukleotidabfolge des Virus-Genoms.

Es wird das Next Generation Sequencing (NGS) angewendet, was auf 4 Schritten, der Fragmentation, Adaption, Amplifikation und Datenanalyse basiert.

Bei der Fragmentation werden Fragmente der DNA erzeugt, die DNA wird also durch Zentrifugation oder mithilfe von Enzymen in Bruchstücke zerlegt. Anschließend binden komplementäre Oligonukleotide an die DNA-Fragmente (Adaption). Im nächsten Schritt findet die Amplifikation statt, bei der die Fragmente an Chips gebunden und vervielfältigt werden. Identische Fragmente werden dabei in Gruppen angeordnet, wodurch die Sequenzierungen parallel ablaufen können. Abschließend werden die erhaltenen Daten auf DNA-Chips gespeichert und einer bioinformatischen Datenanalyse unterzogen. [23,24]

Was bedeutet ein negatives Schnelltestergebnis?

Liegt ein negatives Schnelltestergebnis vor, konnten keine Virusproteine in der Probe nachgewiesen werden. Die getestete Person ist zu diesem Zeitpunkt wahrscheinlich nicht ansteckend. Eine Infektion mit SARS-CoV-2 kann aber nicht ausgeschlossen werden, da auch bei geringer Viruslast das Testergebnis wahrscheinlich negativ ist. Deshalb sind Schnelltestergebnisse nur eine Momentaufnahme und nur für einen kurzen Zeitraum gültig. [25]

Was bedeuten falsch-positive Testergebnisse?

Als falsch-positiv wird ein Ergebnis bezeichnet, das ein positives Testergebnis zeigt, obwohl die Person nicht mit z.B. SARS-CoV-2 infiziert ist.

PCR-Tests weisen eine sehr hohe Spezifität, Sensitivität und Richtigkeit auf, weshalb die Anzahl falsch-positiver Ergebnisse sehr gering ist und die aktuelle Lage nicht verfälscht.

Die Qualitätssicherung der PCR-durchführenden Labore erfolgt in Form von Ringversuchen, wobei die richtige Testdurchführung unabhängig überprüft wird. [17]

Wie stehen erhöhte Testzahlen und Fallzahlen im Zusammenhang?

Mit der Durchführung von Tests können schnell und präzise infizierte Personen erfasst werden, was für die Unterbrechung der Infektionsketten sehr wichtig ist. Die Anzahl positiver Testergebnisse ist vom aktuellen Infektionsgeschehen und der Teststrategie abhängig, welche an die jeweilige epidemiologische Lage angepasst ist.

Durch eine Ausweitung der Teststrategie können die gemeldeten Fallzahlen steigen, da auch Infizierte gefunden werden, die keine oder milde Symptome haben. Anders gesagt: von der Teststrategie hängt auch die Dunkelziffer ab.[17]

Wie unterscheidet sich eine Varianten-PCR von einer „herkömmlichen" PCR?

Eine Varianten-PCR (V-PCR) ist eine spezialisierte PCR- Untersuchung, um bekannte Varianten zu erkennen. Sie erfolgt im Anschluss an die PCR, mit dem das Vorliegen des Virus untersucht wird und stellt damit den nächsten Schritt der Diagnostik dar. Sie ist sehr schnell durchführbar, setzt aber voraus, dass das Erbmaterial der Variante bereits bekannt ist.

Liegt eine Infektion mit einer noch unbekannten Variante vor, ist eine Vollgenomsequenzierung nötig, um die neue Variante zu analysieren. Diese Methode ist allerdings aufwändiger und dauert länger als die V-PCR, weil das gesamte Genom untersucht wird. [26,27]