COVID-19: Die vielen Gesichter der PCR-Tests

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Diese drei Buchstaben kannten vor der COVID-19-Pandemie nur Spezialisten: PCR. Die englische Abkürzung für die Polymerase-Kettenreaktion, mit der sich charakteristische Gensequenzen in einer biologischen Probe nachweisen lassen, ist seit den ersten Corona-Berichten vor gut einem Jahr in aller Munde. Wortwörtlich, schließlich werden die zu testenden Abstriche oft im Rachen genommen. Die wachsende Bekanntheit weckte auch viele Fragen. Eine Auswahl davon soll dieser Artikel beantworten und einordnen.

Neu ist die PCR-Technik nicht, wie Peter Bauer sagt, Chief Genomic Officer des deutschen Biotechunternehmens Centogene, das sich vom Therapiespezialisten für seltene Krankheiten zum Corona-Großtester hierzulande entwickelt hat. "Seit jetzt über 40 Jahren gibt es die Technologie. Sie ist weit verbreitet und der Goldstandard für die molekularen Diagnostik – in der Pathologie, in der Humangenetik, in der Mikrobiologie. Ich denke, fast jeder Mensch hierzulande hat damit schon einmal auf die eine oder andere Weise in einer untersuchten Blutprobe Berührung gehabt, ohne es zu wissen."

Zentrale medizinische Technik

Aktuell sind die Berührungspunkte mit der PCR vielfältig. Es sind ganz neue Zielgruppen dieser zentralen medizinischen Technik ins Blickfeld gerückt – Menschen etwa, die fürchten, sich mit dem neuartigen Coronavirus angesteckt zu haben, Geschäftsreisende, die den Negativnachweis für die Einreise in ein anderes Land benötigen oder Angestellte, die regelmäßig von ihrem Arbeitgeber getestet werden.

Der wohl berühmteste PCR-Test zum Erkennen von SARS-CoV-2-Infektionen geht maßgeblich auf Christian Drosten zurück, den Leiter des Instituts für Virologie an der Berliner Charité. "Christian Drosten hat einen sehr wichtigen, frühen Test entwickelt", sagt Bauer.

"Zu diesem Zeitpunkt gab es auch schon Alternativen, aber aus seinem PCR-Test wurde dann der sogenannte WHO-Charité-Test, der im Referenzlabor nicht nur vorbereitet und validiert, sondern von ihm auch sofort öffentlich zur Verfügung gestellt wurde." Dass Drosten et. al. keine kommerziellen Interessen verfolgt hätten, habe am Anfang geholfen, dieses Testprotokoll schnell zu verbreiten. "Mittlerweile gibt es Tausende von Testformaten, die alle sehr ähnlich, aber nicht identisch sind." Das ist nicht grundsätzlich schlecht, denn dann kann bei Lieferengpässen umgestellt werden.

Wie tupft man am besten?

Bei der PCR auf SARS-CoV-2 kommt es zunächst auf eine adäquate Probenentnahme an. Was aber adäquat ist, das legen zwei Schulen unterschiedlich aus. So erkennen manche Gesundheitsämter nur den Nasen-Rachen-Abstrich an, der mit einem langen Wattestäbchen durch die Nase an der Rachenschleimhaut entnommen wird. Das ist für viele schmerzhaft.

Centogene macht es in seinen Testzentren, die beispielsweise an Flughäfen in Frankfurt oder Berlin stehen und immer weiter ausgebaut werden, etwas sanfter mit einem Mund-Rachen-Abstrich. Stückpreis: 59 Euro. Hier kann es dann auch mal zum Brechreiz kommen.

"Es gibt da durchaus merkwürdige Situationen", erzählt Bauer. "Zum Beispiel wurde unser Test anfangs in Schleswig-Holstein nicht anerkannt, weil wir keinen Nasen-Rachen-Abstrich machen, sondern einen Mund-Rachen-Abstrich. Ich habe mit den Kollegen in Kiel telefoniert und darauf hingewiesen, dass es dazu umfangreich wissenschaftliche Literatur gibt, die belegt, dass beide Formate vergleichbar gut funktionieren."

Wohin geht die Probe?

Wohin der Abstrich dann geht, der vom Arzt, der Klinik oder einem Testzentrum genommen wird, erfährt man zumeist frühestens mit dem Befund. Es gibt auch bei der Machart der Tests Unterschiede und Labors agieren nicht gleichförmig. Je nach Firma wird auf unterschiedliche RNA-Abschnitte von SARS-CoV-2 getestet. Über Monate konzentrierten sich manche Labors aus Geschwindigkeits- wie Kostengründen darauf, nur auf ein Gen zu testen, weil das schneller ging – obendrein eines, das auch bei SARS-CoV-1 anspricht, das allerdings als ausgestorben gilt.

Centogene testet immer zwei Gene im Doppelpack. In China wird sogar auf noch mehr Gene getestet, US-PCRs hatten und haben eigene Vorlieben, was die verwendeten Gene anbetrifft. "Alle [unsere] Tests zielen darauf ab, dass man mindestens zwei voneinander unabhängige Regionen nachweist und damit zumindest eine Sicherheit hat: Mutiert eine Region, funktioniert zumindest noch die zweite und der Test bleibt im Ergebnis positiv", sagt Bauer.

Bisher werden Corona-PCR-Ergebnisse meist nur als schwarz-weiß betrachtet, sie sind entweder positiv oder negativ. Dabei wird durchaus diskutiert, ob sie nicht noch weitere wertvolle Informationen liefern könnten und etwa aus der gemessenen Virusmenge Rückschlüsse auf die Infektiosität des Patienten zulassen. Liegt die Virusmenge unter einer gewissen Grenze, wäre der Betreffende dann womöglich als nicht infektiös anzusehen und müsste nicht in Quarantäne – mit Folgetest zur Sicherheit.

RNA-Vermehrung findet Virenmoleküle

Beim PCR-Test auf SARS-CoV-2 werden die gesuchten Viren-RNA-Abschnitte in DNA umgeschrieben und diese vielfach kopiert. Auf diese Weise lassen die zu suchenden Sequenzen auch in kleinen Probenmengen nachweisen.

Dabei schauen Experten auf die sogenannte Zyklenzahl (cycle threshold, CT). Je mehr Vermehrungszyklen nötig sind, desto geringer ist die Virenmenge. Für manche Experten bedeutet ein hoher CT-Wert, dass die in der Probe enthaltenen Virenpartikel vernachlässigbar sind. So meint der Columbia-Virologieprofessor Vincent Racaniello, dass CT-Werte "in den hohen Dreißigern" eine sehr geringe Infektiosität bedeuten; andere Experten sehen das sogar noch als zu riskant an.

Umgekehrt gilt: Je niedriger der CT-Wert, desto mehr Viren-RNA wurde gefunden und desto eher ist der Patient infektiös und sollte sich in Quarantäne begeben. Bauer von Centogene sagt, dass dieser Wert bei allen PCR-Tests seiner Firma angegeben wird. "Das gibt einen gewissen Anhaltspunkt über die Quantität der Viren in der untersuchten Probe." Allerdings herrscht keine Einigkeit darüber, welche Wert ein guter Grenzwert wäre. Denn da der CT-Wert unter anderem von den verwendeten Testmaschinen, der Probenmenge und weiteren Aspekten abhängt, sei die reine Zykluszahl nicht direkt vergleichbar.

Wie infektiös ist man?

Bauer hält deshalb die Anzahl der auffindbaren Virus-Moleküle für relevanter. "Wichtiger ist, mit welcher Nachweisgrenze man noch 5 oder 50 oder 500 Viren pro Mikroliter finden kann. Dabei ist ein Test, der 50 Viren nachweist, besser als einer, der nur 5000 nachweist und mit kleinerer Viruslast schon negativ wird."

Die Beispiele zeigen, dass bei den Corona-Testverfahren immer noch viel Erklärbedarf besteht: Viele Nutzer wollen nicht erst im Befund erfahren, wie genau die PCR abläuft, also beispielsweise, nach welchen und wie vielen Genen zum Nachweis gefahndet wird. Dazu braucht es mehr Informationen, was die Werte tatsächlich aussagen. Die PCR hat gegenüber den immer verbreiteteren Antigen-Schnelltests eine signifikant höhere Genauigkeit. "Wenn Sie einen PCR-Test mit einem Antigen-Test vergleichen, können Sie sehen, dass der PCR-Test sowohl bei der Sensitivität als auch bei der Spezifität noch mal um den Faktor 10 bis 100 besser ist als ein Antigen-Test", sagt Bauer.

Dabei unbeachtet bleibt allerdings, dass Antigen-Untersuchungen eine ganz andere Aufgabe erfüllen, sagt etwa Michael Mina von der Harvard University: Die Schnelltests können – wenn sie im Abstand von wenigen Tagen regelmäßig wiederholt werden – explizit hohe Virenmengen und damit eine aktuelle Infektiosität zeigen. Dann kann man den Besuch im Altenheim oder im Krankenhaus absagen und sich in Quarantäne begeben.

(bsc)