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Schnelltest, Antikörper, Gen-Editing: Forscher feilen an neuen Corona-Testverfahren

  • Um so viel Alltag wie möglich während der Coronavirus-Pandemie zulassen zu können, sind vor allem Teststrategien ein wichtiges Werkzeug.
  • Wissenschaftler arbeiten bereits an neuen Teststrategien, die einen möglichst normalen Alltag mit dem Virus zulassen.
  • Schnelltests, Antikörper und PCR-Nachweis in einem, Testkit für zu Hause – was ist in Zukunft denkbar?
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Einfacher in der Anwendung, Ergebnisse in wenigen Minuten, solide Aussagen: Auf der ganzen Welt forschen Wissenschaftler an visionären und besseren Testverfahren. Anders als zu Beginn der Pandemie gibt es inzwischen dank der auf Hochtouren laufenden Forschung einige Werkzeuge zur Kontrolle möglicher Ausbrüche. Neue Testverfahren könnten dort zum Einsatz kommen, wo Superspreading-Ereignisse befürchtet werden, in Pflegeeinrichtungen und Kliniken, Schulen, bei der Arbeit.

Vielversprechende Forscheransätze zum Erkennen von Infektionen gibt es inzwischen. Noch sind es nur Erkenntnisse aus dem Labor – aber in Zukunft könnten 16-Minuten-Schnelltests, Kombinationen aus PCR-Diagnostik und Antikörpernachweis in einem und der Einsatz der Genschere Crispr zum Einsatz kommen.

Status Quo - PCR-Diagnostik und seine Grenzen

Großflächige Testpraxis der Gegenwart: Bei einem Verdacht auf eine Corona-Infektion entnimmt medizinisches Personal einen Rachenabstrich – wie beispielsweise in diesem Drive-in-Corona-Testzentrum. © Quelle: Jonas Güttler/dpa

Als bislang großflächige Teststrategie angewandt wird in Deutschland die PCR-Diagnostik, die eine akute Ansteckung mit Sars-CoV-2 bestätigen soll. Bei einem Verdacht entnehmen Ärzte beziehungsweise Klinikmitarbeiter einen Abstrich aus den oberen Atemwegen. Das Robert-Koch-Institut, Deutschlands oberste Gesundheitsbehörde, empfiehlt bei einem konkreten Verdacht, möglichst Proben aus dem Rachenraum, aber auch aus den tiefen Atemwegen, etwa Schleim aus der Lunge oder Bronchialsekret, zu entnehmen. Diese werden in speziellen Laboren untersucht. Grundlage ist das genetische Material des Virus, die RNA-Moleküle werden in einem chemischen Verfahren in rund vier Stunden isoliert. Das Ergebnis liegt beim Patienten, wenn alles glatt läuft, spätestens nach 48 Stunden vor.

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Allerdings hat dieses Testverfahren bei der Kontrolle der Pandemie seine Grenzen. “Von einer ungezielten Testung von asymptomatischen Personen wird aufgrund der unklaren Aussagekraft eines negativen Ergebnisses in der Regel abgeraten”, heißt es seitens des RKI. Das Testergebnis könne lediglich eine Momentaufnahme sein. Zudem schließe ein negatives PCR-Ergebnis die Möglichkeit einer Infektion mit Sars-CoV-2 nicht aus. Falsch negative Ergebnisse entstünden etwa aufgrund schlechter Qualität der Probennahme, unsachgemäßem Transport oder ungünstigem Zeitpunkt der Probenentnahme.

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Der Beginn des verheerenden Coronavirus war vermutlich ein Tiermarkt in Wuhan/China. In nur wenigen Wochen erreichte das Virus auch Europa.  © RND
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PCR-Tests sind nur eine Momentaufnahme

“Die Rate an falsch negativen Abstrichen dürfte in Deutschland vermutlich höher sein, als die Angaben zur Sensitivität, die meist mit über 95 Prozent angegeben wird, vermuten lassen”, warnte der Infektiologe Matthias Stoll von der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) bereits Anfang Juni. Fehler würden beispielsweise auch bei der Probenentnahme entstehen: Abstriche erfolgten aus dem Mundraum oder Naseneingang statt aus dem Rachen. Für eine korrekte Technik seien in Deutschland zudem oft die notwendigen zehn Zentimeter langen Abstrichtupfer nicht in ausreichender Menge verfügbar.

Nicht zuletzt ist das Testverfahren invasiv. Sprich: Es kann für die Patienten unangenehm sein, wenn das Stäbchen über die Nase oder den Mund in den Rachen eingeführt wird. Für die Person, die die Probe entnimmt, kann zudem eine Ansteckungsgefahr bestehen, wenn etwa die Schutzausrüstung fehlt oder nicht richtig sitzt.

Schnelltests: Zeit gewinnen zur Viruseindämmung

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Das Entdecken einer Corona-Infektion muss möglichst schnell gehen, um Kontaktpersonen sofort isolieren zu können und einen größeren Ausbruch zu vermeiden. Hoffnung auf mehr Tempo macht da beispielsweise ein Forschungsdurchbruch, der diese Woche vermeldet wurde. Corona-Tests innerhalb von 16 Minuten kostengünstig auswerten – das geht, berichteten diese Woche Wissenschaftler der Universität Bielefeld.

Sie haben bei der herkömmlichen PCR-Diagnostik einen Trick angewandt, um im Labor ein zehnmal schnelleres Ergebnis als bislang üblich zu erlangen, heißt es in einer Pressemitteilung des Instituts. Während der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) nutzen die Zellbiologen ein spezielles Gerät, einen Thermocycler. Durch diesen laufen die komplexen chemischen Prozesse beim Corona-Nachweis effektiver ab. Die Probe wird durch starke Temperaturschwankungen in der Maschine bearbeitet, das genetische Material kopiert, damit die winzigen Mengen von Sars-CoV-2 überhaupt entdeckt werden können.

Ein solcher Test könne laut Studienleiter Prof. Christian Kaltschmidt vor allem dort zum Einsatz kommen, wo schnelle Ergebnisse gefragt sind, etwa bei akuten Ausbrüchen, aber auch präventiv. “Wenn beispielsweise Kreuzfahrtschiffe ihren Betrieb wieder aufnehmen, könnten sie in kurzer Zeit jede Person testen, bevor sie an Bord geht”, wird der Zellbiologe zitiert.

Ähnlich vielversprechende Ergebnisse haben Wissenschaftler der US-amerikanischen Columbia-Universität in New York, die einen 30-minütigen Schnelltest auf das Coronavirus entwickelt haben, wie aus einer von unabhängigen Gutachtern zu überprüfenden Studie auf dem Preprint-Server “Medrxiv” hervorgeht. Bei diesem Verfahren wird die Virus-DNA aus dem Speichel entnommen und vervielfacht, um Sars-CoV-2 entdecken zu können. “Diese einfache Methode kann einfach skaliert und in den Zentrallaboren, der Labordiagnostik und im Arbeitsumfeld eingesetzt werden, wo Tests dringend benötigt werden”, resümieren die Forscher ihre Ergebnisse.

Nur mithilfe massiv erweiterter diagnostischer Testkapazitäten könne die Wirtschaft wieder sicher hochgefahren und zukünftige Ausbrüche verhindert werden. “Diagnostische Tests müssen schnell sein und im Feld zur Verfügung stehen, etwa vor dem Einsteigen in ein Flugzeug oder beim Betreten eines Pflegeheims”, fordern die Studienautoren.

Monitoring durch Antikörpertests: Nachweis im Blut nach Genesung

Für einen Corona-Antikörpertest muss eine Blutprobe entnommen werden. © Quelle: Marijan Murat/dpa

Viele Menschen infizieren sich mit dem Coronavirus, bemerken das aber aufgrund milder oder fehlender Symptome nicht. Um zu erfahren, ob jemand in der Vergangenheit infiziert war und bereits Antikörper gebildet hat, muss Blut abgenommen werden. Einer der Tests dabei ist der IgG-Antikörpertest, wobei IgG für Immunglobulin G steht.

Die Hoffnung hinter dieser Methode sind Erkenntnisse zum Grad der Durchseuchung. In Deutschland und weltweit sind groß angelegte Antikörperstudien angelaufen und geplant, die auch als seroepidemiologische Studien bezeichnet werden. Wissenschaftler entnehmen in bestimmten Gebieten zahlreiche Blutproben, um Hinweise auf die Verbreitung von Sars-CoV-2 in bestimmten Bevölkerungsgruppen zu erlangen.

Forscher haben, ähnlich wie beim PCR-Nachweis, Schnelltests auf Antikörper entwickelt, die auch kommerziell angeboten werden. Einen Streifentest, der Ergebnisse innerhalb von zehn Minuten liefert, hat beispielsweise ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Leibnitz-Instituts für Photonische Technologien in Jena Anfang April an den Start gebracht.

Antikörpertestset fürs Büro und zu Hause – bald Standard?

Auch Privatpersonen können sich bei kommerziellen Anbietern Antikörpertests nach Hause bestellen und Proben in Labore von zu Hause einliefern. Wäre die regelmäßige Testung durch Privatpersonen von zu Hause aus eine Option für die Zukunft?

“Seroprävalenzstudien sind extrem wichtig”, betont der Infektiologe Matthias Stoll von der Medizinischen Hochschule Hannover. Sich auf potenzielle Coronavirus-Antikörper zu Hause testen zu lassen erachtet der Mediziner als zukünftige Teststrategie aber als wenig sinnvoll. Eine Mitgabe von Testkits nach Hause sei nicht geeignet für verlässliche Daten, “weil keine Kontrolle besteht, ob das Material richtig abgenommen wurde, richtig gelagert und versandt wurde, ob das Blut von der Person stammt, die das Testkit ausgehändigt bekam und so weiter”.

Auch das Robert Koch-Institut rät aktuell davon ab, die Ergebnisse solcher Tests allein als Kriterium für eine Diagnose einzusetzen. Die US-amerikanische Gesundheitsbehörde CDC ist bei Antikörpertests im wirtschaftlichen Kontext für Einzelfallentscheidungen skeptisch: “Serologische Testergebnisse sollten nicht verwendet werden, um Entscheidungen über die Rückkehr von Personen an den Arbeitsplatz zu treffen”, heißt es auf der Homepage. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt insbesondere Schnelltests derzeit nur für Forschungsprojekte. Denn noch wissen Forscher nicht, ob jede Person nach einer Corona-Infektion gleichermaßen Antikörper gegen das Virus bildet und ob eine stabile und dauerhafte Immunität aufgebaut wird.

Zwei-in-eins-Test: Akutvirusinfektion und Antikörper in einem überprüfen

Es kommt vor, dass Patienten fälschlicherweise als frei vom Coronavirus erklärt werden – weil der PCR-Test fehlerhaft ist oder Sars-CoV-2 nicht mehr im Rachen festgestellt werden kann. Ein neuer Ansatz will deshalb eine akute Infektion und das Vorhandensein von Antikörpern nach möglicher Erkrankung gleichzeitig beim Patienten überprüfen.

Ein Team aus Wissenschaftlern vom Biomedizinischen Zentrum der Cambridge-Universität hat bereits ein Testverfahren im Labor entwickelt und erste Ergebnisse auf dem Preprint-Server “medrxiv” veröffentlicht. Bis solche Methoden breite Anwendung in der Bevölkerung finden, wird es aber noch dauern – nicht zuletzt, weil die Ergebnisse noch von unabhängigen Gutachtern beurteilt werden müssen. Die Studienautoren geben sich aber zuversichtlich: “Kombinierte POC-Tests haben das Potenzial, unser Management von Covid-19 zu verändern”, resümieren sie.

Genschere Crispr: Testergebnisse aufs Smartphone?

Gen-Editing-Verfahren könnten auch zur Diagnose von Sars-CoV-2 angewandt werden.

Eine vielversprechende Methode zur Diagnose einer Coronavirus-Infektion sind Verfahren, bei dem das Crispr-Genom-Editing zum Einsatz kommt. Erste Ansätze gibt es dazu bislang aus dem Labor, umfassende klinische Studien fehlen noch. So haben Wissenschaftler am Broad Institute in Cambridge eine Technik entwickelt, die genetisches Material ohne große Temperaturschwankungen, wie bei der PCR-Diagnostik, untersucht.

Die Vorteile bei diesem Verfahren verkürzt übersetzt: Der Aufwand zum Aufspüren von Sars-CoV-2 wird geringer. Es sei auch denkbar, mittels bestimmter Smartphone-Applikationen die Ergebnisse des Editings zu interpretieren, schreiben die Studienautoren in einer Ende Mai veröffentlichten und noch zu begutachtenden Studie auf dem Preprint-Server “biorxiv”. Dadurch könnten Ergebnisse dann in weniger als einer Stunde vorliegen – und anders als bei Schnelltests gleichzeitig präzise Ergebnisse zur Ansteckung eines Patienten liefern.





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