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Ohne Tests wäre der Kampf gegen die Corona-Pandemie ein Blindflug ohne Instrumente. Mittlerweile bietet eine ganze Reihe von Herstellern Tests an – allein in den USA sind bisher mehr als 200 verschiedene Tests zugelassen, die eine aktuelle oder eine vergangene Infektion mit SARS-CoV-2 nachweisen. Eine Übersicht über die aktuell erhältlichen kommerziellen Covid-19-Tests findet sich hier.
Die Tests lassen sich in drei Kategorien einteilen:
Wenn von «Corona-Tests» die Rede ist, geht es meistens um PCR-Tests. Mit ihrer Hilfe lässt sich bestimmen, ob jemand derzeit mit SARS-CoV-2 infiziert und ansteckend ist – es handelt sich dabei immer um eine Momentaufnahme. Das Kürzel PCR steht für die Methode der Polymerase-Kettenreaktion (engl. polymerase chain reaction), bei der Erbsubstanz in vitro exponentiell vervielfältigt wird. PCR kommt nicht nur bei Tests zum Einsatz, sondern auch bei der Erstellung von genetischen Fingerabdrücken oder bei der Klonierung von Genen.
Bei PCR-Tests nimmt man mithilfe eines Wattestäbchens einen Abstrich aus dem Mund-, Nasen- oder Rachenraum. Allenfalls im Abstrich vorhandenes virales Erbgut wird im Labor in mehreren Zyklen vervielfältigt. Die Anzahl der Zyklen, die eine Probe durchlaufen muss, bis das Virus-Erbgut nachgewiesen werden kann, drückt der sogenannte ct-Wert aus (ct = cycle threshold). Ist er gering – das Virus-Material also nach kurzer Zeit schon nachweisbar – ist die Viruslast vermutlich hoch und der Patient infektiöser.
RNA von RNA-Viren wie SARS-CoV-2 muss vor der Vervielfältigung zuerst in DNA umgeschrieben werden; der volle Name des Verfahrens lautet dann Reverse-Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR). Mittels eines biochemischen Verfahrens, bei dem fluoreszierende Stoffe verwendet werden, lässt sich schliesslich feststellen, ob die gesuchten Gen-Sequenzen des Virus – meist zwei oder mehr spezifische Gene – in der Probe vorhanden sind. Ist dies der Fall, ist der Test positiv. Je mehr Gene untersucht werden, desto genauer ist er. Der PCR-Test erlaubt zudem die Bestimmung der Virus-Konzentration.
Für die amerikanische Gesundheitsbehörde Centers for Disease Control and Prevention (CDC) ist der RT-PCR-Test der «Goldstandard» bei den Covid-19-Testverfahren, wie «Time» schreibt. Aber kein Test ist fehlerfrei, und das gilt auch für den empfindlichen PCR-Test. Wie verlässlich er ist, bestimmen wie bei jedem diagnostischen Testverfahren die Parameter Sensitivität und Spezifität.
Unter Laborbedingungen ist der PCR-Test zuverlässig. In der Praxis zeigt sich indes, dass der SARS-CoV-2-Nachweis mittels PCR nicht immer verlässlich ist, wie verschiedene Studien gezeigt haben. Falsch-negative Ergebnisse rangieren in den verschiedenen Analysen von 2 bis 29 Prozent (laut CDC weisen Grippe-Schnelltests etwa dieselbe Rate an falschen Resultaten auf). Die Fehlerquote hängt nicht nur vom Test an sich ab: Fehler bei der Entnahme des Abstrichs – der deshalb von Fachpersonal vorgenommen werden sollte – oder beim Transport und der Lagerung der Probe können ebenfalls zu falschen Resultaten führen. Ein wichtiger Faktor ist zudem der Zeitpunkt der Probe-Entnahme. Nach Symptombeginn sind vermehrungsfähige Viren in Abstrichproben aus dem Rachen nur bis zum vierten Tag enthalten, aus dem Sputum nur bis zum achten Tag.
Falsch-negative Resultate sind offenbar viel häufiger als falsch-positive. Dies bedeutet, dass man bei einem positiven Test mit hoher Wahrscheinlichkeit tatsächlich mit SARS-CoV-2 infiziert ist, während umgekehrt ein negativer Test auch dann vorliegen kann, wenn man doch infiziert ist. Ein negativer Test ist daher kein Freibrief – insbesondere dann nicht, wenn man Symptome zeigt oder kurz zuvor mit Infizierten Kontakt hatte. In diesen Fällen ist trotzdem Selbst-Isolierung angezeigt. Infizierte, die sich dank falsch-negativen Testresultaten in falscher Sicherheit wiegen, könnten zu Superspreadern werden.
Herkömmliche PCR-Tests benötigen spezifische Gerätschaften und chemische Substanzen. In aller Regel werden sie in einem Labor durchgeführt, wobei dies meistens in grossem Massstab mit mehreren tausend Tests gleichzeitig geschieht. Bestimmte Geräte schaffen im 24-Stunden-Betrieb bis zu 4000 Tests pro Tag. Dennoch müssen Patienten jeweils mehrere Stunden oder gar Tage auf das Ergebnis warten.
PCR-Schnelltests, wie sie mittlerweile von mehreren Herstellern angeboten werden, können die Wartezeit massiv verkürzen: Die Proben müssen nicht an ein zentrales Labor transportiert werden, da der Test mit mobilen Geräten vor Ort erfolgen kann. Die Schnelltests werden auch Kartuschentests genannt, da sie das Labor quasi schon in einem kleinen Kasten integriert haben. Sie sind überdies in der Lage, das genetische Material des Virus so schnell zu analysieren, dass bereits nach etwa einer Dreiviertelstunde ein Ergebnis vorliegt. Die Geschwindigkeit hat ihren Preis: PCR-Schnelltests sind deutlich teurer und zudem weniger zuverlässig.
Neu sind Speicheltests, die auf der Standard-PCR-Technologie basieren, beispielsweise der von der Universität Yale entwickelte SalivaDirect. Die Entnahme der Speichelprobe ist sehr viel weniger invasiv als der Abstrich beim herkömmlichen PCR-Test und kann daher auch ohne medizinische Ausbildung vorgenommen werden. Der Test von Yale soll zudem keine proprietären chemischen Reagenzien benötigen. Laut ersten Ergebnissen soll er ähnlich genau sein wie ein nasaler PCR-Test.
Im Gegensatz zu PCR-Tests, die Viren-RNA nachweisen, sprechen Antigen-Tests auf Proteine des Virus an, wenn diese in ausreichender Konzentration in der Probe vorhanden sind. Sie erlauben jedoch keine Aussage über die Viruslast, also die Menge der Viren in der Probe. Diese neuartigen Antigen-Tests sind erst seit diesem Mai auf dem Markt; das erste zugelassene Produkt, Sofia SARS Antigen FIA, stammt von der US-Firma Quidel. Der Test, der nach 15 Minuten ein Ergebnis liefern soll, funktioniert über den Nachweis des Nucleocapsid-Proteins, das die RNA von SARS-CoV-2 einhüllt.
Antigen-Tests funktionieren ähnlich simpel wie ein Schwangerschaftstest. Die Speichelprobe – ein Abstrich aus dem Mund- oder Nasen-Rachenraum – wird in je nach Verfahren unterschiedliche Flüssigkeiten eingebracht und danach auf einen Teststreifen aufgetragen. Das Ergebnis ist nach kurzer Zeit ablesbar; Antigen-Tests sind noch schneller als PCR-Schnelltests. Beim Schnelltest der Mainzer Firma Digital Diagnostics wird der Abstrich beispielsweise in einer chemischen Lösung in einem Reagenzglas aufgelöst, so dass eventuell vorhandene Viren ausgewaschen werden.
Die Flüssigkeit wird dann auf einen Mikrochip gegeben, auf dem sich nanomechanische Federbalken aus Silizium befinden. Sie sind mit speziellen Antikörpern beschichtet, die an ein bestimmtes Protein des Virus andocken. Wenn die Antikörper so die Viren in der Flüssigkeit binden, verändert sich die Oberflächenspannung und die Federbalken biegen sich, was ein elektrisches Signal erzeugt. Um den Chip auszulesen, benötigt man ein mobiles Endgerät. Der Test soll lediglich fünf Minuten dauern.
Einen etwas anderen Ansatz verfolgt das kalifornische Start-up Luminostics. Hier wird der Abstrich in eine Flüssigkeit mit Nanopartikeln eingebracht, die leuchten, wenn sie sich mit dem Virus verbinden. Die Flüssigkeit wird danach auf einen Diagnosestreifen aufgetragen, der Antikörper enthält. In der Probe enthaltene Viren verbinden sich mit diesen, worauf Teile des Streifens zu leuchten beginnen. Als Lesegerät soll ein optischer Adapter dienen, der auf die Kamera eines Smartphones aufgesetzt wird.
Antigen-Tests sind günstig, schnell und einfach in der Handhabung. Sie sind allerdings bedeutend weniger zuverlässig als die herkömmlichen PCR-Tests. Falsch-positive Resultate (wenn der Test ein Protein findet, das jenem des Virus ähnelt, beispielsweise ein anderes Coronavirus) sind eher selten. Durchschnittlich die Hälfte der negativen Ergebnisse sind aber falsch (der Test findet kein Virus-Protein, obwohl es vorhanden ist). Mit anderen Worten: Die Tests erkennen nur die Hälfte der mit SARS-CoV-2 Infizierten. Auch Grippe-Tests, die nach demselben Prinzip funktionieren, erreichen lediglich eine Sensitivität von etwas mehr als 50 Prozent und eine Spezifität von etwa 99 Prozent. Allerdings werden Antigen-Tests präziser, je infektiöser die getestete Person ist. Da die Viruslast bei Infizierten am höchsten ist, bevor sich deutliche Symptome zeigen, können solche Tests dazu beitragen, Infizierte früher zu finden.
Bisher sind nur wenige der neuen Tests zugelassen worden. In der Schweiz ist kürzlich ein neuer Antigen-Test des Schweizer Pharma-Riesen Roche zertifiziert worden. Der SARS-CoV-2 Rapid Antigen Test soll bald in der Schweiz erhältlich sein. Der Test, der kein zusätzliches Laborgerät benötigt, reagiert auf das Nucleocapsid-Protein des Virus und soll 15 bis 30 Minuten für ein Testergebnis brauchen. Nach Angaben von Roche liegt die Spezifizität bei 99,68 Prozent, die Sensitivität bei 96,52 Prozent – dies sind auch unter Laborbedingungen erstaunlich hohe Werte.
Nachdem ein Virus in den Körper eingedrungen ist und sich dort vermehrt, bildet das Immunsystem nach einigen Tagen bestimmte Eiweissmoleküle zur Abwehr des Erregers. Diese Immunglobuline, auch Antikörper genannt, bekämpfen das Virus, indem sie mit einem Ende an dessen Oberflächenstruktur (den Antigenen) andocken und sich mit dem anderen Ende an körpereigene Zellen binden, die den Eindringling unschädlich machen.
Antikörper-Tests (serologische Tests) können diese Eiweissmoleküle im Blut nachweisen; sie erfassen also nicht das Virus selbst, sondern die Reaktion des Immunsystems darauf. Ein positives Resultat bedeutet, dass in der Vergangenheit eine Infektion und eine Immunreaktion darauf stattgefunden haben. Antikörper-Tests sind aufgrund dieser zeitlichen Verzögerung nicht geeignet, eine akute Infektion nachzuweisen.
Diese Tests (ELISA; Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) gibt es als Labortests und Schnelltests. In beiden Fällen muss der Proband eine kleine Blutprobe abgeben. Im Labor wird die Blutprobe auf eine Untersuchungsplatte mit Virus-Antigen gegeben. Allenfalls im Blut vorhandene Antikörper binden an das Virus-Antigen. Im nächsten Schritt wird ein mit dem Enzym POD (Peroxidase) gekoppelter Zweit-Antikörper zugegeben, der an den Erst-Antikörper bindet. Das Enzym bildet einen gelben Farbstoff, der als Virus-Nachweis dient.
Bei Schnelltests, die aber ebenfalls von einem praktizierenden Arzt durchgeführt werden müssen, genügen wenige Tropfen Blut, die in eine Testkassette gegeben werden. Danach wird eine Pufferlösung zugegeben. Wenn sich die Immunglobuline IgM und IgG, die für SARS-CoV-2 typisch sind, im Blut befinden, verfärbt sich die Probe. Schnelltests sind freilich klar weniger zuverlässig als Labortests.
Neuere Labortests erreichen teilweise bis zu 99,8 Prozent für die Spezifität – es werden in diesem Fall also 99,8 Prozent der Gesunden auch als solche erkannt. Bei der Sensitivität hingegen sind die Werte niedriger, je früher man testet. Der Test ist dann weniger aussagekräftig als einer, der zu einem späteren Zeitpunkt vorgenommen wird. Während in der ersten Woche nach Symptombeginn im Schnitt nur rund 30 Prozent aller getesteten Erkrankten erfasst werden, sind es in der dritten Woche bereits 94 Prozent, die richtig erkannt werden. Das liegt daran, dass der Körper Zeit benötigt, um auf die Infektion zu reagieren und die Antikörper zu produzieren.
Ein positives Resultat ist ein Hinweis darauf, dass die getestete Person mit SARS-CoV-2 infiziert worden ist und nun eine gewisse Immunität dagegen besitzt. Sicher ist das aber nicht, auch weil nahezu alle Antikörper-Tests mit anderen, ähnlichen Viren kreuzreagieren können. Solche Kreuzreaktionen, beispielsweise mit anderen Coronaviren, führen ebenfalls zu einem positiven Resultat. Und schliesslich ist beim gegenwärtigen Stand der Wissenschaft auch nicht klar, wie lange eine allfällige Immunität gegen SARS-CoV-2 überhaupt anhält.
Aus diesen Gründen sind Antikörper-Tests derzeit für Einzelpersonen noch kaum zu empfehlen. Für Wissenschaftler sind breit angelegte Antikörper-Tests hingegen eine wichtige Informationsquelle. Epidemiologen können anhand der Daten beispielsweise abschätzen, wie viele Leute eine Infektion ohne Symptome durchgemacht haben. Antikörper-Tests können zudem zur Aufklärung von Infektionsketten beitragen.