Ein tieferer Einblick in die Infektions-Tests gegen das Coronavirus SARS-CoV-2
Wie ist der Stand der Tests für das Coronavirus SARS-CoV-2, wie zuverlässig sind sie und was ist von den neuen tollen Schnelltests zu halten?
(Bild: RossHelen / Shutterstock.com)
Dem (Schnell-)Test zur möglichst eindeutigen, frühen Erkennung einer SARS-CoV-2-Infektion kommt ohne Zweifel eine große Bedeutung zu. Diverse Testverfahren mit mehr oder weniger guten Trefferquoten existieren für das neue Coronavirus. Die größte Bedeutung in der frühen Phase hat bei Virusinfektionen gemeinhin der Test mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion (PCR), welcher zur Gruppe der sogenannten Nukleinsäure-Amplifikationstests gehört (NAAT: Nucleic Acid Amplification Tests). Wie das geht und wie zuverlässig es ist – das ist das Thema dieses Artikels, aber auch, was die viel gehypten Schnell-Tests machen und was sie taugen.
Zuverlässigkeit
Der PCR-Test ist, wie eigentlich alle Testverfahren, aus verschiedenen Gründen nicht zu 100 Prozent zuverlässig, darauf weist auch das Robert-Koch-Institut (RKI) in seinen "Hinweise zur Testung von Patienten auf Infektion mit dem neuartigen Coronavirus SARS-CoV-2" hin:
„Ein negatives PCR-Ergebnis schließt die Möglichkeit einer Infektion mit SARS-CoV-2 nicht vollständig aus. Falsch-negative Ergebnisse können z.B. aufgrund schlechter Probenqualität, unsachgemäßem Transport oder ungünstigem Zeitpunkt (bezogen auf den Krankheitsverlauf) der Probenentnahme nicht ausgeschlossen werden.“
Mögliche Fehlerquellen gibt es also bei der Vorbereitung des Testbestecks, beim Abstrich, beim Transport, aber auch bei der Labordiagnose. Die erstgenannte Fehlerquelle wurde in Deutschland in einem anderen Zusammenhang unter dem Namen Wattestäbchen-Desaster berühmt-berüchtigt: Damals stellte sich heraus, dass eine Mitarbeiterin einer medizintechnischen Firma die Wattestäbchen für DNA-Abstriche mit der Hand angefasst hatte – so wurde sie als Phantom in mehr als einem Dutzend schwerer Verbrechen (darunter mehrere Morde) an verschiedenen Orten über die DNA-Analyse fälschlich als „Täter“ identifiziert. Das war offenbar kein Einzelfall, ähnliches wiederholte sich dann später noch einmal im Zusammenhang mit Taten der NSU.
Auch beim Abstrich selbst muss man sehr sorgfältig zuwege gehen. Da sich das Virus wahrscheinlich zunächst im Rachen und später in der Lunge vermehrt, sollten zur Erfassung möglichst Entnahmen von Proben aus den oberen Atemwegen (Abstrich aus Nase und Rachen, beides für den Patienten kein Vergnügen) und den unteren Atemwegen (Sputum, Trachealsekret, Flüssigkeit aus broncho-alveolärer Lavage …) erfolgen. So steht es jedenfalls in den Empfehlungen des RKI.
Ob da Do-it-yourself in Frage kommt, wie es einige Testcenter inzwischen anbieten, muss doch arg bezweifelt werden. Deren Tests beschränken sich zudem meistens auf einen Tupfer, den man tief in den Rachen schieben soll. Dann sollten die Proben sicher formgerecht verpackt und wenn möglich gekühlt versendet werden. Der Transport sollte aber keinesfalls länger als 72 Stunden dauern, ansonsten wäre Trockeneiskühlung angesagt.
Die Polymerase-Kettenreaktion
Die PCR (Polymerase Chain Reaction, deutsch: Polymerase-Kettenreaktion) ist ein molekularbiologisches Verfahren, mit dem kurze DNA-Abschnitte – in diesem Fall bestimmte Gene des Erbgutes von SARS-CoV-2 – vervielfältigt und nachgewiesen werden können. Zur Durchführung werden neben dem Probenmaterial (Template) zunächst einmal ein hitzestabiles Enzym namens DNA-Polymerase benötigt, das eine DNA-Synthese bewirkt. Dann braucht man sogenannte Primer, das sind kurze, den gesuchten DNA-Sequenzen entsprechende Abschnitte von Nukleinsäuren, die als Startsignal der DNA-Synthese dienen. Und schließlich braucht man die Materialien für die Kettenreaktion, also die als Bausteine für die DNA-Synthese benötigten einzelnen Nukleotide. Das sind die vier Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin (ATGC) sowie Zucker (Desoxyribose). Das Ganze kommt dann in einen "Brüter", den sogenannten Thermocycler. Das ist eine Art Thermomix (ohne Messer) mit programmierbaren Zeiten und präzisen Temperaturen. Es gibt noch weitere technisch notwendige Komponenten, die seien der Einfachheit halber hier weggelassen.
Das Verfahren nutzt den Effekt, dass sich der DNA-Doppelstrang bei einer Temperatur von etwa 95 °C in seine beiden Einzelstränge aufteilt (Denaturierung). An den dadurch zugänglichen Nukleinsäuren der Proben-DNA können sich die Primer anlagern (Annealing), von denen bei einer bestimmten Temperatur eine DNA-Synthese durch die DNA-Polymerase ausgehen kann (Elongation). Dieser Vorgang wird durch fortlaufende Temperaturwechsel-Zyklen im Thermocycler wiederholt, wobei sich bei jedem Zyklus die Menge der gesuchten DNA theoretisch verdoppelt (in der Praxis ist es leider nicht ganz so einfach).
Nach typisch etwa 40 bis 45 Zyklen ist eine für den Nachweis ausreichende Menge gesuchter DNA synthetisiert worden, was etwa ein bis zwei Stunden dauert. In den Thermocycler kommt bei Massentests aber nicht nur eine Probe, sondern gleich ein größeres Ensemble von 48, 96, 192 … bis zu 3072 Proben, je nach Größe der Anlage. Die meisten Thermocycler nehmen Testplatten für 96 Proben auf.
(Bild: Applied Biosystems/Thermo Fisher)
Zu der Zeit für die reine DNA-Synthese addieren sich dann noch die Vor- und die Nachbereitungszeiten, die dann auch abhängig von der Anzahl der Laborassistenten sind; zum Teil können diese Arbeiten bei mehreren Anlagen überlappend im Fließbandverfahren durchgeführt werden. Die übliche Zeit für den Testdurchgang mit einem Gerät und 96 Proben (wovon noch nötige Kontrollen abgehen), kann man so über alles mit 4 bis 5 Stunden ansetzen, das macht im Durchsatz etwa 20 bis 24 Tests pro Stunde. Für jeden Probanden sollte man aus Qualitätsgründen eigentlich zwei Reaktionen vorsehen, was diesen Wert dann halbiert. Zudem sollen pro zu testender Person ja laut RKI 3 Proben entnommen und getestet werden. All das sind reine Laborzeiten, dazu addiert sich Entnahme und Transport.
(Bild: Qiagen)
Bei der Charité gehen die positiven Proben beziehungsweise ein Teil davon weiter zu einer genaueren Bestimmung mittels RNA/DNA-Genomsequenzierung Das geschieht in einem eigenen Labor auf dem Campus, bestückt mit großen Sequenzern (meist von Applied Biosystems/Thermo Fisher). Das Bestimmen und Auswerten der kompletten Sequenz mit über 100 Genen dauert natürlich deutlich länger und ist deutlich aufwendiger, es hilft vor allem, die lokale Verbreitung bestimmter Mutationen des Virus zu verfolgen (sogenannte phylogenetische Analyse). Bislang bestimmte Sequenzen findet man in einer Gen-Datenbank. Manche Musiker nutzen die Sequenzen aus ADGC etwa mit dem zum D umklarierten T des Thymins für eine musikalische Interpretation (Gen-Sonographie).
RNA-Viren
Da mit dem PCR-Verfahren nur DNA vervielfältigt werden kann, ist für den Nachweis von Viren mit RNA-basiertem Erbgut (dazu gehört auch SARS-CoV-2) zuvor eine Umwandlung von RNA in die entsprechende DNA notwendig. Das wird durch ein Enzym namens Reverse Transkriptase (RT) bewerkstelligt. Das Verfahren, kurz RT-PCR genannt, ist sehr anspruchsvoll. Während nämlich DNA zäh ist wie "alte Stiefel" – so die Autoren einer älteren Studie über "Fallstricke bei der RT-PCR", ist RNA extrem empfindlich, sobald sie aus der Zellumgebung herausgeholt wurde.
Wird bei einer PCR bereits im laufenden Verfahren die Menge (Quantität) der gebildeten DNA in Echtzeit (Real Time) bestimmt, bezeichnet man das als qPCR (quantitative PCR). Zur Quantitätsmessung gibt es zahlreiche unterschiedliche Techniken, etwa mit fluoreszierenden Farbstoffen, wobei dann jede einzelne Probe angeregt wird. Da ist dann die Fluoreszenz proportional zur DNA-Menge. Geeignete Farbstoffe können auch spezifisch für bestimmte Targetgene sein, sogenannte Reporter. Dann liefert die Fluoreszenz auch gleich den Nachweis. Mehrere Reporter sind für die Differenzialdiagnose nützlich.
Bei einer RT-qPCR handelt es sich also um eine quantitative PCR mit vorgeschaltetem Reverse-Transkriptase-Schritt. Dumm nur, dass RT sowohl für "Real Time" als auch für "Reverse Transkriptase" stehen kann, was oft verwechselt wird. So verzichtet man mitunter auf die Akronyme und schreibt es lieber als „Real-time reverse-transcription polymerase chain reaction“ aus.
Nun gibt es für das SARS-CoV2-Virus allerdings nicht nur ein standardisiertes Testverfahren mit den gleichen Primern, sondern derer viele. Je nach Land werden verschiedene auf RT-PCR beruhende Tests verwendet, die von der für Virologie zuständigen Einrichtung entwickelt wurde. Man bezeichnet sie auch als „in house“-Tests, die häufig nur für die wissenschaftliche Forschung zugelassen sind (RUO) – aber danach fragt zu Recht jetzt keiner.
Die Tests unterscheiden sich zumeist in der Anzahl und Auswahl der nachzuweisenden Gene. Eine Übersicht der WHO listet z.B.:
| SARS-CoV2-in-house -Tests verschiedener Länder | |||||||
| Land | Deutschland | USA | China | Hong Kong | Japan | Frankreich | Thailand |
| Institution | Charité | CDC USA | CDC China | HKU | Department of Virology III | Institut Pasteur | NIH Thailand |
| Zielgene | RdRP, E, N | ORF1ab, N | ORF1ab, N | ORF1b-nsp14, N | Pancorona and multiple targets, Spike protein | Two targets in RdRP | N |
Zuweilen führt so eine Eigenbrötelei auch zu Problemen, etwa in den USA, wo der eigene In-house-Test der CDC aufgrund fehlerhafter Reagenzien zunächst nicht funktionierte.
Bei dem in Deutschland vom Konsiliarlabor für Coronaviren der Charité in Zusammenarbeit mit dem Erasmus Medical Center in Rotterdam verwendeten In-house-Verfahren handelt es sich um eine RT-qPCR, welche zwei spezielle Gene (RdRp und E) von SARS-CoV-2 nachweist.
Die Primer-Sequenzen für das In-house-PCR-Verfahren werden zwar für alle Labors zur Verfügung gestellt, müssen aber üblicherweise von den Testlabors bei entsprechenden Anbietern bestellt werden. Da dies ein relativ umständliches Procedere ist, weicht man jetzt zunehmend auf die mittlerweile verfügbaren PCR-Test-Kits kommerzieller Anbieter aus, die oft komplette Kits anbieten, welche einfacher und schneller in der Handhabung sind (hier eine Liste von RT-PCR-Kit-Anbietern, oft mit RUO verziert, manche mit Zertifizierung, in Europa etwa CE-IVD).
Sensitivität und Spezifität
Zwei wesentliche Kriterien für die Trefferquote solcher Tests sind (diagnostische) Sensitivität und Spezifität. Bei der Diagnose gibt es vier mögliche Ausgänge, die sich am übersichtlichsten in einer sogenannten Vierfeldertafel darstellen lassen:
| Mögliche Testausgänge | ||
| Infiziert | Nicht-Infiziert | |
| Test positiv | Positiv (P) | Falsch positiv (FP) |
| Test negativ | Falsch negativ (FN) | Negativ (N) |
Die diagnostische Sensitivität eines Testverfahrens beschreibt den Anteil der positiv Getesteten zu allen tatsächlich Infizierten:
Sensitivität = P / (P + FN)
Die diagnostische Spezifität eines Testverfahrens beschreibt den Anteil negativ Getesteten zu allen tatsächlich Nichtinfizierten:
Spezifität = N / (N + FP)
Dabei ist bei der Bewertung von Verfahren, die nur einzelne Bestandteile des genetischen Materials korrekt positiv nachweisen, zu bedenken, dass damit nicht zwangsläufig vermehrungsfähige Krankheits-Erreger, sondern lediglich Bruchstücke davon nachgewiesen werden. Es könnte sich ja dabei auch beispielsweise um unbedeutende Reste etwa nach einer bereits durchgemachten Infektion handeln oder um Bruchstücke, die bei der Entnahme, dem Transport oder im Labor irgendwie in die Probe gekommen sind. Trotz des eigentlich korrekten Labortests sind diese Ergebnisse dann als falsch-positiv einzustufen.
Problematischer als eine falsche Positiv-Meldung ist aber die falsch-negative Variante, etwa bedingt durch eine nicht ausreichende Erregermenge im entnommenen Probenmaterial, durch einen ungünstigen Entnahmezeitpunkt, ungünstigen Entnahmeort, ungeeignetes Probenmaterial, ungeeignetes Entnahmematerial, ungünstige Transportbedingungen oder durch Fehler bei der Verarbeitung. Dann glaubt der/die Untersuchte aufgrund des negativen Testergebnisses fälschlich, er/sie wäre nicht infiziert.
Fehlerraten und Test-Zulassungen
In China waren die anfänglichen Fehlerraten hoch, die Sensitivität für RT-PCR lag nur bei 71 Prozent. Nun hat man schon wesentlich mehr Erfahrung und bessere Kits. Geht man von korrekt abgestrichenem, sauberen Probenmaterial aus, sollte die heutzutage erreichbare Labor-Spezifität bei 99 Prozent liegen, bei einer Doppelprobe wären es dann schon theoretisch 99,99 Prozent.
Das bestätigen auch erfahrene Virologen. Nach Einschätzung des Direktors vom Institut für Virologie vom Universitätsklinikum Leipzig, Uwe Liebert, liegt die Sicherheit bei 99,9 Prozent; der Direktor des Instituts für Virologie der Technischen Universität Dresden, Alexander Dalpke, beziffert die Sensitivität auf mindestens 97 Prozent. Zum Vergleich, ein gerichtsverwertbarer Vaterschaftstest mit 20 Regionen (Loci) kommt auf 99,999 %.
Leider äußern sich die beiden Virologen nicht zu der Spezifität, die aber ebenfalls hoch in den 90ern liegen dürfte. In der aktuellen Lage ist zu erwarten, dass es auch in den Diagnostiklaboren zu Stresssituationen kommen wird, die Auswirkungen auf Auswertung und Testdurchführung haben können.
In den USA ist die Food and Drug Administration (FDA) für die Zulassung von medizinischen Tests zuständig; sie macht jetzt Notzulassungen „for emergency use only“. PCR-Kits sollten eigentlich mindestens eine Notzulassung haben und nicht nur eine für Forschungszwecke. Zum Teil ist die Zulassung dann nur auf bestimmte Testcenter beschränkt, etwa für die von LabCorp, mit 11 Milliarden Dollar Umsatz eines der größten Labor-Netzwerke der Welt. Wie in den USA üblich, sind die FDA-Prüfberichte öffentlich zugänglich. Dem kann man entnehmen, dass dem RT-PCR-Kit von LabCorp die volle Punktzahl von 100 Prozent Sensitivität und 100 Prozent Spezifität zuerkannt wird.
Insgesamt muss man aber noch neben den Laborwerten die oben beschriebenen Fehlermöglichkeiten bei Tupferherstellung, Probenentnahme, Transport und so weiter berücksichtigen, was die guten Laborquoten um ein paar Prozentpunkte senken könnte.
Hohe Trefferquoten bei der Virendetektion per PCR gab es früher eher selten. Eine Studie aus dem Jahre 2008 listet für viele Virentests in den Jahren 2000 bis 2006 noch erschreckend viele Falschzahlen für damalige PCR auf, das sah eher nach Glücksspiel denn nach Messung aus. Da hat sich in den letzten 15 bis 20 Jahren viel getan.
Eine bestimmte Mindestmenge an Genen muss jedoch für eine erfolgreiche Detektion vorliegen, das sogenannte Limit of Detection (LoD). Beim Charité-In-house-Test gilt als unteres technisches Limit der Sensitivität ein Nachweis von 5,2 RNA-Kopien des E-Gens pro Reaktion bzw. von 3,8 RNA-Kopien des RdRp-Gens pro Reaktion. Leider spricht man auch hier von (analytischer) Sensitivität, was man von oben definierter diagnostischer Sensitivität unterscheiden muss. Analog dazu gibt es eine analytische Spezifität, mit der man die Kreuzreaktivität zu anderen Viren, insbesondere zu anderen Corona-Viren, spezifiziert.
Schnellere Tests und "sichere" Geräte
Momentan werden sowohl neue Schnelltest-Verfahren als auch die Beschleunigung von bewährten Testverfahren ausprobiert. Dabei muss man zwischen verschiedenen Sorten Schnelltests unterscheiden, etwa die molekularen Arrays und die Antikörpertests. Auch Tests, die man nur in Laboren oder Krankenhäusern vornehmen, und solche, die man auch vor Ort ausführen kann, unterscheiden sich; dazu latenzoptimierte Tests für einzelne Proben und kleinere Ensembles oder durchsatzoptimierte Tests wie die oben beschriebene RT-qPCR mit 96 oder mehr gleichzeitigen Reaktionen.
Kartuschentests
Der Test "QIAstat-Dx-Atemwegs-Panel" der deutsch/niederländischen Firma Qiagen ist ein sogenannter molekularer Kartuschentest, der im Eiltempo jetzt die europäische und amerikanische Zulassung bekommen hat. Er reagiert ebenfalls per Multiplex-Echzeit-RT-PCR auf zwei charakteristische Gene. Er ist nicht für den Einsatz vor Ort und schon gar nicht als Selbsttest, sondern für "patientennahe klinischen Umgebungen" (am POC, Point of Care) konzipiert. Man steckt den Tupfer in die Kartusche, die alternativ auch Flüssigproben aufnehmen kann und packt die Kartusche dann in das QIAstat-Analysegerät. Das ist sehr wenig Aufwand für den/die MTA, braucht für eine Probe nur etwa eine Stunde und zeigt das Ergebnis dann auf dem Bildschirm an.
Über Sensitivität und Spezifität liegen für den aktuellen Coronavirus SARS-CoV-2 noch keine öffentlichen Werte vor, aber für die älteren vier Corona-Viren (229E, NL63, OC43, HKU1). Und da sieht es vor allem bei der wichtigeren Spezifität mit 100 % bei rund 700 Proben (je nach Virus 99,2 bis 99,4 % - 100 % für 95-%-Konfidenz) sehr gut aus. Falsch-negativ waren (über alle vier Virentypen gerechnet) 3 von 47, also eine Sensitivität von etwa 94 Prozent.
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hier stand vorher falsch-positiv und 96 Prozent Sensitivität
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(Bild: Qiagen)
In der für den Notfall zugelassenen US-Zertifizierung durch die FDA gibt es jedoch ein paar Hinweise bei der Bestimmung des LoD für zwei Virenvarianten 2019-nCoV_N1 und 2019-nCoV_N2. Qiagen liefert zwei verschiedene Kits (Advanced XL und Mini); wie der Name schon andeutet, ist das Advanced-Kit mehr als doppelt so empfindlich. Das Limit of Detection wird auf die Konzentration festgelegt, bei der die positive Erkennungsrate noch mehr als 95 Prozent beträgt, also von 20 Proben pro Virusmutation mindestens 19 korrekt erkannt werden. Bei höherer Konzentration haben beide Kits immer die volle Trefferquote von 20 erreicht. Insgesamt bescheinigt die FDA ein "positive percent agreement" mit 13/13=100 Prozent und ein "negative percent agreement" mit 104/104=100 Prozent.
Inzwischen kennt man auch Kosten eines Tests der Firma Qiagen, die ja derzeit ein heiß begehrtes Objekt ist – Thermo-Fischer hat sie gerade für 11,5 Milliarden Euro gekauft . Ein Satz mit 6 Kartuschen kostet 738 Euro. Laut Qiagen sollen sie damit deutlich kostengünstiger als konkurrierende Produkte sein. Dazu braucht man natürlich ein Analyse-Gerät, den QIAstat-Dx Analyzer gibt es für 32.497 Euro.
Noch ein bisschen fixer als Qiagens Test soll das Xpert-Xpress-System der amerikanischen Firma Cepheid sein, das jetzt in den USA ebenfalls im Eilverfahren von der FDA die Notfallzulassung bekommen hat. Auch das ist ein molekularer Test auf der Basis von PCR, der sogar schon nach 45 Minuten Ergebnisse liefern soll. Dieser Test ist ebenfalls allein für den Point of Care im Krankenhaus gedacht und benötigt eine in vielen Krankenhäusern bereits vorhandene Cepheid-Analyse-Anlage. Laut Cepheid sollen davon weltweit 23.000 im Einsatz sein, denn sie werden schon seit einiger Zeit häufig in der Tuberkulose-Testung eingesetzt. Die Anlagen gibt es in verschiedenen Größen für eine bis maximal 16 Proben. Auch hier musste ein kleineres Testensemble für die Notzulassung ausreichen, bei dem bei verschiedenen Konzentrationen (2,3,4 *LoD) die spezifischen SARS-CoV2-Gene N und E gecheckt wurden – mit 100-prozentiger Trefferquote. Zusätzlich gabs auch 35 negative Proben, die ebenfalls alle korrekt als negativ getestet wurden Die Kreuzreaktivität zu anderen Viren fand wie bei Qiagen nicht klinisch statt, sondern „in silico“ per Computer.
(Bild: Cepheid)
Qiagen und Cepheid sind die ersten Firmen, die für ihre PCR-Schnelltests die Zulassung bekommen haben, zahlreiche weitere sind aber in der Queue, da dürften in nächster Zeit noch einige folgen. Ein Überblick über 16 Firmen, mit ihren Produkten und Forschungsbereichen, gibt beispielsweise die niederländische Website Bio-Connect.
Auch Bosch ist derweil in dieses Metier eingestiegen und hat mit der britischen Firma Randox einen Kartuschentest entwickelt, der Einzeltests in 2,5 Stunden bewerkstelligen soll. Randox hat auch einen "Evidence Investigator", der bis zu 540 Proben in 5 Stunden auf SARS-CoV-2 oder andere Viren (Corona 229E, NL63, OC43, HKUI, Mers-CoV, Influenza A/B ...) untersuchen kann. Die Tests sind für Labore oder PoC im Krankenhaus gedacht, daneben bietet Randox aber auch umstrittene Home-Testkits an (derzeit ausverkauft).
Genauere Informationen über den Test liegen noch nicht vor, nur die Aussage von Bosch, er habe eine "Genauigkeit von über 95 Prozent" – was auch immer damit gemeint ist. Im Vergleich zu den oben erwähnten wäre so ein Wert etwa für Sensitivität oder Spezifität eher mau. Aber wahrscheinlich meint Bosch das Konfidenzintervall für das Niveau von 95 Prozent. Im April soll der Test auf den Markt kommen, im Moment steht beim Randox-Test "Extended Coronavirus Array" allerdings noch RUO, also nicht für die Diagnose, nur für die Forschung zugelassen.
LAMP-Tests
Die PCR ist nicht das einzige Nachweisverfahren der Nukleinsäure-Amplifikationstests, möglicherweise kann man mit der Loop-mediated Isothermal Amplification (LAMP) sogar schnellere Ergebnisse mit einfacheren Geräten bekommen – so jedenfalls eine Preprint-Studie von Wissenschaftlern der Pennsylvania- und der ägyptischen Mansuora-Universität. Da braucht man dann keine Thermozyklen, alles läuft bei konstanter Temperatur ab.
Die Wissenschaftler behaupten, dass ihr Verfahren schneller, einfacher, preiswerter und treffsicherer sei – das klingt märchenhaft, doch ihre Studie ist noch durch keine Peer-Review gelaufen. Zudem geben die Autoren zu, dass es bislang nur Laborergebnisse gebe und noch keine Praxiserfahrung mit echten Proben vorliege. Dennoch kümmert sich inzwischen die renommierte kalifornische Firma Biotium darum. Dumm nur, dass die derzeit unter den starken Beschränkungen in Kalifornien leidet.
Antikörper- und Antigentests
Andere sogenannte Schnelltests beruhen auf der Detektion von Antigenen (spezielle charakteristische Proteine des Virus) oder Antikörpern: vom Immunsystem gebildete spezifische Eiweiße (Immunglobuline), die sich am Virus beziehungsweise einem seiner Antigene anheften. Die Immunglobuline können eine Aufnahme der Viren in Zellen verhindern oder auch Killerzellen des Immunsystems ein Signal geben, befallene Zellen aufzufressen.
Die Tests der Berliner PharmACT AG beruhen auf dem Detektieren von Antikörpern. Diese sind so einfach wie etwa Schwangerschafts- oder Blutzuckertests und können auch vor Ort ausgeführt werden. Größtes Handicap: Sie schlagen erst später im Verlauf der Infektion an, wenn bereits genügend Antikörper gebildet sind. Das ist üblicherweise einige Tage nach dem Auftreten klinischer Symptome wie Husten oder Fieber der Fall, dann nimmt in der Regel die Antikörperkonzentration, also die Akutglobuline (Immunglobulin-M, kurz IgM), im Blut stetig zu. Nach etwa 7 bis 10 Tagen erreicht sie ihren Maximalwert, da ist der Test dann am empfindlichsten.
Laut Studien kommt dann die Sensitivität des Schnelltests auf über 92 Prozent, die Spezifität soll nahe 100 Prozent liegen. Doch der inzwischen ebenfalls schon zum Medienstar avancierte Virologe Prof. Hendrik Streeck der Uni Bonn, der Zugang zu zahlreichen Erkrankten in Heinsberg hat, bescheinigt dem Bluttest der PharmACT allenfalls eine Sensitivität von 33 Prozent und eine Spezifität von 93 Prozent.
Ein Forscher des Universitätsspitals in Zürich, Adriano Aguzzi, hat nun ebenfalls einen Antikörper-Bluttest entwickelt, der letzte Woche von der Icahn School of Medicine at Mount Sinai in New York für zuverlässig erklärt wurde. Der Test, der Antikörper auf das Virenprotein Spike detektiert, erkannte alle vier untersuchten Proben von Covid-19-Genesenen korrekt, umgekehrt reagierte er auf keine einzige von 59 älteren, garantiert negativen Blutproben. Nun will das Unispital eine großangelegte Testreihe mit 2000 Probanden pro Tag starten. Davon erhofft man sich vor allem auch eine Klärung der Dunkelziffer.
ELISA-Tests
Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) ist ebenfalls ein spezielles Verfahren, bestimmte Antikörper möglichst frühzeitig zu detektieren. Mit Hochdruck arbeiten viele Arbeitsgruppen weltweit, hauptsächlich in den USA, aber auch in Deutschland und Schweden, an ELISA-Tests für SARS-CoV-2. Für viele Viren und Mycobacteria gibt es schon funktionierende Tests (darunter Malaria, Dengue, Tubercolose, Hepatitis, HIV, Grippe) – und die Analysten wittern schon einen Markt von über 400 Milliarden Dollar in den nächsten Jahren.
Man könnte damit dann direkt in den Arztpraxen in 15 bis 20 Minuten nicht nur SARS-CoV-2 identifizieren, sondern auch gleich zur Differentialdiagnose andere Viren wie etwa Influenza. Ein erster vielversprechender Ansatz wurde kürzlich auf dem Preprint-Server für Gesundheitswissenschaft medRxiv von einem Team um Florian Krammer von der Icahn School of Medicine in New York vorgestellt.
CT-Röntgen
Ein bisschen aus dem Fokus geraten ist der klassische „Schnelltest“, der ebenfalls erst bei etwas späterem Verlauf der Covid-19-Erkrankung zum Einsatz kommen kann: die CT-Röntgenaufnahme der Lunge. Erfahrene Radiologen können mit den Aufnahmen Covid-19 erkennen und von normaler Pneumonie unterscheiden.
Auf ScienceDaily konnte man Ende Februar nachlesen "CT provides best diagnosis for COVID-19". In China lag zumindest im Januar die CT-Sensitivität bei 98 Prozent, wogegen die der RT-PCR nur die besagten 71 Prozent erreichte.
Noch treffsicherer und schneller als erfahrene Radiologen können inzwischen Supercomputer mit KI-Algorithmen die Röntgenaufnahmen auswerten. Chinas Tianhe-1 – der war mal vor ein paar Jahren der schnellste Rechner seiner Zunft – brauchte für die Diagnose von den 300 Aufnahmen eines CT rund 10 Sekunden, die Radiologen mit der üblichen Visualisierung im Computer etwa 15 Minuten. Aber den Radiologen gehört ein besonderes Lob: Sie wurden von dem Supercomputer gerade Mal um Faktor 90 geschlagen – normalerweise sind Supercomputer viele Millionen Mal schneller als Menschen …
Zellkulturen
Das Anlegen einer Zellkultur ist der Klassiker unter den Nachweisverfahren. Man gibt den Viren geeignete Zellen als Nahrung und lässt sie sich kontrolliert vermehren (auch nicht gerade ungefährlich). Das Verfahren ist zuverlässig, braucht aber sehr lange und ist daher nicht die primäre Methode in einer grassierenden Epidemie.
Aber man braucht die Zellkulturen insbesondere in der Forschung, um Wirkstoffe gegen das Virus zu testen oder die Ansteckungsfähigkeit per PCR nachgewiesener Viren zu überprüfen. Im Falle von SARS-CoV-2 kommt hinzu, dass eine Anzucht der Viren nur in bestimmten Hochsicherheitslaboren der biologischen Schutzstufe 3 durchgeführt werden darf.
Abrechnung
Für Massentests ist die Kostenfrage ja nicht unerheblich. Bei Abnahme von einem üblichen kommerziellen Test-Kit, (ohne Mengenrabatte oder andere Synergie-Effekte) ergibt sich für eine grobe theoretische Abschätzung der Worst-case-Kosten bei einem Screening-Testling mit Abnahme von 3 getrennten Proben aus Nase, Rachen und Sputum ohne Berücksichtigung von Abschreibung der Analyse-Hardware:
- Abnahmematerial etwa 5 €
- Transportkosten (je nach Aufwand / Probenmenge / Entfernung zum Labor) etwa 20 €
- RNA-Isolations-Kit (250 Isolationen) etwa 920 € oder 11 € pro Testling
- Kommerzielles PCR-Test-Kit (96 Reaktionen, davon min. 4 Kontrollen) 1.400 € oder 46 € pro Testling (einfache Testung), bzw. 91 € (doppelte Testung)
- Laufende Kosten (Personal, Verbrauchsmaterial, Labor, Verwaltung…) pro Durchlauf etwa 150 € oder 5 € pro Testling (einfache Testung), bzw. 10 € pro Testling (doppelte Testung)
- Summe pro Testling (ein PCR-Durchlauf): 5 + 20 + 11 + 46 + 5 = 87 €
- Summe pro Testling (doppelter PCR-Durchlauf): 5 + 20 + 11 + 91 + 10 = 137 €
Wie gesagt, das sind die Kosten für das vom RKI empfohlene Komplettpaket mit drei distinkten Proben. Beispielsweise vom Medizinzentrum Dortmund findet man aber die aktuellen Empfehlungen für die Ärzte: Nasenabstrich und Rachenabstrich mit einem Tupfer! Keinesfalls getrennte Abstriche von Nase und Rachen einsenden! Ein Poolen der Abstriche im Labor ist aktuell nicht möglich! Außerdem keine trockenen Abstriche: Es sollten nur noch Abstriche in 1 ml NaCl benutzt werden. Die Bearbeitung trockener Abstriche führt zu erheblichen Zeitverzögerungen in der Bearbeitung der Proben und Befunderstellung!
Beschränkt man sich auf eine einzige Probe ohne doppelten Durchlauf, so würde das bei 45 Euro liegen. Bei den angebotenen Selbsttests, bei denen für 140 bis 240 Euro Entgelt offenbar nur eine Probe üblich ist, würde die Kosten für Abstrich und Transport ja der Kunde übernehmen, da käme man etwa auf 25 Euro. Wenn man gar bei Discountern wie Biomol die Testkits bestellt (620 Euro für 100 Reaktionen mit erheblichen Rabatten bei größeren Mengen) schlagen vielleicht gerade mal 16 oder 17 Euro zu Buche. Da kann man noch die Abschreibung der Hardware mit ein paar Euro hinzurechnen, das lohnt sich aber dennoch richtig.
Für die Abrechnung mit den Krankenkassen gilt die EBM 32816:
Beschreibung:
Nukleinsäurenachweis des beta-Coronavirus SARS-CoV-2 mittels RT-PCR einschließlich eines Bestätigungstestes bei Reaktivität im Suchtest (Befundmitteilung innerhalb von 24 Stunden nach Materialeinsendung)
Obligater Leistungsinhalt
Untersuchung von Material der oberen Atemwege (Oropharynx-Abstrich und/oder Nasopharynx-Abstrich (-Spülung oder -Aspirat),
Fakultativer Leistungsinhalt
Untersuchung von Material der tiefen Atemwege (Bronchoalveoläre Lavage, Sputum (nach Anweisung produziert bzw. induziert) und/oder Trachealsekret),
Der obligatorische Leistungsumfang ist also auf eine Probe im Nasen und/oder Rachenbereich beschränkt, samt einem möglichen Bestätigungstest bei positiven Ausgang. Von Doppeltest keine Spur – der wäre bei 59 Euro Erstattung wohl auch kaum möglich. Und der dritte Test ist fakultativ [–] da zahlt dann der Arzt oder das Labor wohl zu ...
Privatpatienten kann man aber wie üblich schröpfen.
Seit dem 1. Februar 2020 gilt im EBM die neue GOP 32816 zur Abklärung von Verdachtsfällen auf SARS-CoV-2-Infektionen im ambulanten GKV-Bereich. Die GOP wurde ebenfalls in den Ziffernkranz der Ausnahmekennziffer 32006 aufgenommen. Als IGeL-Leistung und für stationäre Wahlleistungspatienten liegt der Preis für die PCR auf SARS-CoV-2 bei 128,23 Euro (= 1,0-facher Satz der GOÄ 1996).
Schlussbetrachtung
Alle etwa 55 deutschen mit der Testauswertung beschäftigten Labore arbeiten an der Oberkante – ein besonderer Dank und viel Lob auch von dieser Stelle an die fleißigen Labormitarbeiter, die bis zur Erschöpfung dort ihr Bestes geben.
Prof. Christian Drosten spricht gar von einer Viertelmillionen PCR-Tests jede Woche. Ob er jetzt Proben oder Testlinge meint, bleibt dabei offen. Viele haben jedenfalls die Erfahrung gemacht, dass die Zahl der Tests derzeit stark rationiert ist, dabei lehrt doch Südkorea: testen, testen, testen! Und es fehlten zwischenzeitlich auch Test-Kits. So blieben in Baden-Württemberg letzte Woche 2000 Proben unausgewertet, die sollen aber nicht, wie mancherorts berichtet, schlecht geworden sein, sondern können jetzt ausgewertet werden.
Aber eigentlich gibt es laut Sprecher des Bundesverbands der Laborärzte (BDL) 200 bis 300 Labore, die in der Lage sind Sars-CoV-2-Tests durchzuführen. So könnte man 20.000 bis 30.000 Tests täglich durchführen. Denn es ist kaum zu glauben: Da stehen zahlreiche gut ausgestattete PCR-Labore samt Medizinern und Assistenten mit viel Erfahrung mit schnellen, preiswerten Massentests herum, die ganz erheblich mithelfen könnten – aber nicht dürfen, handelt es sich doch um Veterinärmediziner ohne Zertifizierung für die Humanmedizin. Dabei werden doch die gleichen Verfahren, Reagenzien und Maschinen eingesetzt und selbst die Viren sind ähnlich. Da wäre nun auch mal die Politik gefordert: Noch ein Feld, auf dem sie schnelles und entschiedenes Handeln demonstrieren kann.
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Inzwischen hat das RKI im Situationsbericht vom 26.3 auch Labortestzahlen veröffentlicht:
KW 11: 127.457 Tests, 5,9 % positiv
KW 12: 348.619 Tests, 6,8 % positiv
Diese Zahlen gibt es aber offensichtlich nicht täglich. Im Situationsbericht von 27.3 findet man dazu nichts, dafür aber einen Bericht über die gemeldeten Kapazitäten für intensivmedizinische Behandlungen:
"Mit Stand 27.03.2020 beteiligen sich 687 Kliniken, die etwa zwei Drittel aller Intensivbetten in Deutschland vorhalten. Insgesamt wurden 12.975 Intensivbetten registriert, wovon 6.864 (53%) belegt sind. 6.204 Betten werden binnen 24 Stunden neu belegbar. Derzeit befinden sich in den teilnehmenden Kliniken 939 COVID-19-Patienten in intensivmedizinischer Behandlung, davon werden 642 (68%) beatmet. Insgesamt 238 COVID-19-Patienten wurden aus der Intensivbehandlung entlassen, davon sind 58 (24%) verstorben."
Situationsberichte vom RKI gibt es täglich üblicherweise am frühen Abend.
Zum Thema Veterinärlabore
Waren von wenigen Tagen noch Hilfeangebote von Veterinärlaboren abgelehnt worden,
setzten sich inzwischen einige Städte und Landkreise ggf. eigenmächtig über bestehende rechtliche Vorschriften hinweg und beauftragen auch lokale Veterinärlabore, was auch die Transportwege
zum Teil deutlich verkürzt, so etwa der Zollernalbkreis "nach einer Woche zähem Ringens um die Zuständigkeiten auf Landesebene".
Auch Krefeld hat das angekündigt, ebenso ist ein Veterinärlabor in Bad Kissingen beauftragt worden.
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Inzwischen hat die FDA der amerikanischen Firma Abbott eine Notzulassung für einen Schnelltest "ID NOW COVID-19" erteilt, der sogar Positivmeldungen in nur 5 Minuten und Negativmeldungen in nur 13 Minuten bewerkstelligen soll. Die Performance-Charakteristiken und die analytischen Studien in dieser Notzulassung sind noch kürzer und die Testensembles noch etwas kleiner, als man von früheren Notzulassungen gewöhnt ist, aber immerhin, es gab keine Fehlmessung:
| ID NOW COVID-19 Test Agreement with the Expected Results by Sample Concentration | ||
| Target Concentration |
Number Concordant / Number Tested |
%Agreement [95% CI] |
| 2X LOD | 20/20 | 100% [83.9% -100%] |
| 5X LOD |
10/10 |
100% [72.3% -100%] |
| Negative | 30/30 | 100% [88.7%-100%] |
Mit dem handlichen Analysegerät von der Größe eines Toasters, das die vor zweieinhalb Jahren aufgekaufte Firma Alere entwickelt hat, würde sich gegebenenfalls auch ein Einsatz vorort beim behandelnden Arzt anbieten. Wieviele Analyse-Geräte es davon schon gibt, die bislang etwa zur Influenza-Erkennung eingesetzt werden, wurde nicht bekannt gegeben, auch nicht die Preise. Aber man will ab nächste Woche täglich 50.000 Testkits dafür fertigstellen. Daneben hat Abbott auch die Notzulassung für Testkits für das normale große RT-PCR-System m2000, hierfür sollen Kits für eine Millionen Tests pro Woche bereitgestellt werden.
[/update] (as)
