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Zeitlicher Verlauf einer Corona Infektion und der dabei auftretenden SARS-CoV-2 Viruslast

Datum: June 3, 2021 12:00

Zeitlicher Verlauf einer Corona Infektion und der dabei auftretenden SARS-CoV-2 Viruslast

Auf dem Markt werden zurzeit sehr viele Testsysteme zum Nachweis einer Infektion mit dem SARS-CoV-2 Virus angeboten. Durch die Vielzahl der Tests stellt sich jedoch die Frage: welcher Test passt zu meiner Fragestellung?

Das beginnt mit der Probenentnahme: möchte ich einen Nasen- oder Rachenabstrich, oder möchte ich doch lieber Gurgeln oder einen Spucktest? Möchte ich die Probe professionell entnehmen lassen, oder doch lieber einen Selbsttest durchführen? Ist der Test nur für mich, oder sollen damit mehrere Menschen, vielleicht die ganze Belegschaft meines Betriebes getestet werden? Danach noch die Frage - welches Testsystem kommt für mich in Frage? Der PCR Test, der Antigen Schnelltest oder doch der Antikörpertest? Und welcher Test ist in welcher Phase der Infektion sinnvoll?

Bei der Vielzahl der verschiedenen Testsysteme ist es oft sehr schwierig eine Auswahl zu treffen, die am besten zu meinen Anforderungen passt. In der nachfolgenden Übersichtsgrafik ist der zeitliche Verlauf einer Corona Infektion dargestellt, sowie die Zeitfenster, wo die verschiedenen Testsysteme angewendet werden können.

Im folgenden Artikel stellen wir ihnen die verschiedenen Testsysteme vor, sprechen die Vor- und Nachteile an und erklären, welcher Test zu welcher Phase einer SARS-CoV-2 Infektion am besten passt. Kurz gesagt: wir geben ihnen eine Entscheidungshilfe an die Hand, welcher Test ihre Fragen am besten beantwortet.

Mit welchem Erreger haben wir es zu tun?
Das SARS-CoV-2 Virus ist ein Beta-Coronavirus, das Anfang 2020 als Erreger der Krankheit Covid-19 identifiziert wurde. Das zwischen 60 und 140nm große Virus enthält ein Virusgenom aus einzelsträngiger RNA positiver Polarität (verhält sich in der Wirtszelle ähnlich zelleigener mRNA), das vermutlich für 10 Proteine codiert. Neben dem S-Protein (Spike Protein), das für die Bindung an das Angiotensin-konvertierende Enzym 2 (ACE2) der Wirtszelle verantwortlich ist, ist das N-Protein (Nukleokapsid) von besonderer Bedeutung. Es ist bei Coronaviren relativ stark konserviert und wird daher häufig als Hilfsmittel für die Diagnostik verwendet.

Beim SARS-CoV-2 Virus konnten inzwischen mehrere Varianten (Mutationen) nachgewiesen werden. Besonders zu erwähnen ist die britische Variante (B.1.1.7), die in Deutschland inzwischen, durch eine erhöhte von „Mensch zu Mensch“ Übertragung (Tröpfchen oder Aerosole), mehr Infektionen verursacht als das Ursprungsvirus.

Welche Nachweismethoden gibt es für das SARS-CoV-2 Virus?

RT-PCR-Test

Der Test unter Verwendung der Polymerase Kettenreaktion (PCR Test) ist der Goldstandard unter den Corona-Tests. Es wird gezielt nur das Erbmaterial des SARS-CoV-2 Virus vervielfältigt. Die Probenentnahme, die von geschultem medizinischem Personal durchgeführt wird, erfolgt zumeist durch einen Nasen- oder auch durch Gurgel- oder Spuckproben. Die Bearbeitung durch qPCR und die Auswertung der Proben erfolgt im Labor.

Der PCR Test hat eine hohe Sensitivität: durch die Vervielfältigung sind nur wenige Erreger in der Probe für einen Nachweis notwendig. Zudem hat der PCR Test eine hohe Spezifität, da gezielt nur das Erbmaterial des SARS-CoV-2 Virus vervielfältigt wird und so nur das gewünschte Virus nachgewiesen wird.

Zur Verarbeitung der Abstrichproben mittels qPCR im Labor, empfehlen wir die Green Mastermixe und Probe Mastermixe von GENAXXON bioscience.
Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz des bewährten "
Genaxx1Step - RT-qPCR SARS-CoV-2 Probe Kit" von GENAXXON bioscience. Die darin enthaltene HotScriptase Polymerase ermöglicht eine "OneStep"-RT-PCR direkt von RNA-Templates, da die reverse Transkription gleichzeitig mit der DNA-Amplifikation des zyklischen PCR-Elongationsschrittes stattfindet.

Antigen Schnelltest

Antigen Schnelltests haben ihren Namen davon, weil das Ergebnis schnell vorliegt. Geschultes Personal entnimmt Proben durch einen Nasen- oder Rachenabstrich, Gurgel- oder Spucktest. Die Auswertung des Tests erfolgt direkt vor Ort.
Bei den Antigen Tests werden spezifische Proteine der Virushülle nachgewiesen. Zur unmittelbaren visuellen Auswertung vor Ort kommen zumeist sogenannte lateral-flow-Tests zum Einsatz. Die Ergebnisse sind bereits nach 15 bis 20 min ablesbar. Die Testkarte basiert auf der spezifischen Antikörper-Antigen-Reaktion und der Immunoanalyse Technologie.
Die Testkarte enthält einen kolloidalen goldmarkierten monoklonalen Antikörper mit dem im Virus konservierten Protein SARS-CoV-2 N, der auf dem Kombinations-Pad vorbeschichtet ist, einen passenden monoklonalen Antikörper mit dem Protein SARS-CoV-2 N, der auf dem Testbereich (T) immobilisiert ist, und einen entsprechenden Antikörper im Qualitätskontrollbereich (C).
Während des Tests verbindet sich das N-Protein (Nukleokapsid) in der Probe mit dem vorbeschichteten kolloidalen, goldmarkierten monoklonalen N-Protein-Antikörper SARS-CoV-2.
Die Konjugate wandern unter Kapillarwirkung nach oben und werden anschließend von dem im Testbereich (T) immobilisierten monoklonalen N-Protein-Antikörper aufgefangen. Je höher der Gehalt an N-Protein in der Probe ist, desto mehr Konjugate werden von den Konjugaten eingefangen und desto dunkler ist die Farbe im Testbereich. Befindet sich kein Virus in der Probe oder ist der Virusgehalt niedriger als die Nachweisgrenze, so ist im Testbereich (T) keine Farbe zu erkennen.
Unabhängig davon, ob das Virus in der Probe vorhanden ist oder nicht, erscheint ein farbiger Streifen im Qualitätskontrollbereich (C). Der farbige Streifen im Qualitätskontrollbereich
(C) ist ein Kriterium für die Beurteilung, ob genügend Probe vorhanden ist oder nicht und ob das Chromatographie Verfahren korrekt abgelaufen ist oder nicht.
Schnelltests haben gegenüber den PCR-Tests eine höhere Fehlerrate. Daher sollte nach jedem positiven Schnelltest immer ein PCR-Test zur Bestätigung gemacht werden.

Antigen Selbsttest

Antigen-Selbsttests beruhen auf dem gleichen Prinzip wie Antigen Schnelltests. Bei Antigen-Selbsttests sind Probenentnahme und -auswertung vergleichsweise einfach, wodurch sie für die Eigenanwendung durch Privatpersonen geeignet sind. Bei vielen Tests erfolgt die Probenentnahme aus dem vorderen Bereich der Nase. Es sind auch sogenannte Gurgel- und Spucktests zugelassen, bei denen Speichel als Probenmaterial dient (Kit von Genaxxon bioscience, Art-Nr.: 10778).
Die Probenanalyse durch lateral-flow-Tests erfolgt nach Anleitung und liefert nach 15 bis 20 min ein Ergebnis.
Wie beim Antigen Schnelltest hat auch der Antigen Selbsttest eine höhere Fehlerrate als ein PCR-Test. Von daher muss auch hier nach jedem positiven Selbsttest ein PCR-Test zur Bestätigung gemacht werden.

Test auf Antikörper

Beim Corona Antikörper Testverfahren wird überprüft, ob eine Person Antikörper gegen das SARS-CoV-2 Virus im Blut aufweist. Damit ist man in der Lage bei Covid-19 Patienten, die in einem PCR Test aus Rachenabstrichen bereits negativ getestet wurden, Infektionen bzw. den Erregerkontakt im Nachhinein nachzuweisen. So können Antikörper-Tests zur Aufklärung von Infektionsketten beitragen.

Bei einer Infektion bildet das Immunsystem verschiedene Antikörper. Dabei werden von speziellen weißen Blutkörperchen, nachdem diese in Kontakt mit Krankheitserregern gekommen sind, zunächst die frühen IgM-Antikörper, danach die IgA- und zuletzt die IgG-Antikörper gebildet. Dieser Antikörperklassenwechsel wird als Serokonversion bezeichnet.

Der IgM-Wert im Blut steigt bei Infektionen mit neuen Erregern besonders schnell an und deutet somit auf eine akute oder fortbestehende Infektion hin. Anfängliche Versuche die Nachweise der frühen IgM-Antikörper zur Diagnose akuter Covid-19 Infektionen zu nutzen waren nicht aussagekräftig genug und stellen deshalb nur eine Ergänzung zu den PCR Tests dar.

Nach Kontakt mit dem SARS-CoV-2 Virus werden nach etwa drei Wochen (entspricht etwa zwei Wochen nach Auftreten der Symptome) die IgA Antikörper gebildet. IgA ist nicht nur im Blut vorhanden, sondern wird auch von den Schleimhäuten als sogenanntes "sekretorisches IgA" abgesondert. Schon in der Schleimhaut fangen die IgA-Moleküle Krankheitserreger ab, sodass sie möglichst erst gar nicht in den Körper gelangen. Der IgA Antikörperspiegel in den Schleimhäuten ist interessanterweise besonders bei jüngeren Menschen oft sehr hoch und steht deshalb im Verdacht für "milde" Covid-19 Verläufe verantwortlich zu sein.
Nach etwa 4 Wochen steigt die Produktion der IgG-Antikörper. Bei einer Untersuchung wurde ermittelt, dass die Serokonversion 20–30 Tage nach Einsetzen der Symptome erfolgt, also IgG-Antikörper in ausreichender Menge vorhanden sind. IgG sind Immunitätsmarker und das Immunglobulin, das am häufigsten im Blut vorkommt (etwa 60 Prozent sind vom Typ IgG).

Antikörpertest im Labor

Für die Aussagekraft eines Antikörpertests ist die Wahl des richtigen Antigens ausschlaggebend. Als Antigene von SARS-CoV-2 bieten sich beispielsweise das Nukleokapsidprotein (N) oder das Spikeprotein (S) an, da hier die geringsten Kreuzreaktivitäten zu erwarten sind.
Auf eine Testoberfläche mit SARS-CoV-2-Fragmenten wird eine Blutprobe der Testperson gegeben. Enthält das Blut Antikörper gegen das Virus, docken diese an die Virusfragmente an. Die gebundenen Antikörper können dann im nächsten Schritt durch eine Farbreaktion nachgewiesen werden.
Dabei kommen hauptsächlich "Enzyme-linked Immunosorbent Assays" (ELISA) oder "Chemiluminescence Immunoassays" (CLIA) zum Einsatz. Diese Tests weisen eine hohe Spezifität und Sensitivität auf und können daher präzise bereits geringe Mengen der spezifischen Antikörper nachweisen.

Antikörper Schnelltests und Antikörper Selbsttests

Anders als die sogenannten Antigen-Tests, die aussagen sollen, ob man zum Zeitpunkt des Tests gerade infiziert ist, sollen Antikörper-Tests darüber informieren, ob man seit Beginn der Pandemie bereits eine Infektion durchgemacht hat und möglicherweise immun ist.
Bei den SARS-CoV-2 Antikörper Schnelltests werden IgM und IgG Antikörper gegen Covid-19 durch einen chromatographischen Immunoassay nachgewiesen. Zur unmittelbaren visuellen Auswertung vor Ort kommen auch hier zumeist sogenannte lateral-flow-Tests zum Einsatz.
Der Testperson wird eine geringe Menge (10µl) Vollblut aus dem Finger entnommen und auf die Testkassette aufgetragen. Nach Zugabe eines Puffers bewegt sich das verdünnte Blut in der Testkassette über ein sogenanntes Absorptionsbett. Wenn im Blut Antikörper vorhanden sind, kommt es zu einer Farbentwicklung durch feine Farbpartikel, etwa durch sogenanntes kolloidales Gold. Das Ergebnis kann nach 15 min abgelesen werden.

Was sind die Vor- und Nachteile der verschiedenen SARS-CoV-2 Nachweismethoden

RT-PCR

Antigen Schnell-
und Selbsttest

Antikörper Test

Antikörper Schnell-
und Selbsttest

Vorteile:
• hohe Sensitivität
• hohe Spezifität
• Goldstandard unter den Coronatests

Vorteile:
• schnelle Ergebnisse
• geringe Kosten (unter 10 Euro)
• Probe kann beim Selbsttest selbst entnommen werden

Vorteile:
• Sensitivität und Spezifität bei ca. 99% (trotzdem nur geringe Zuverlässigkeit)
• Probe kann selbst entnommen werden
• zeigt auch geringe Antikörpermengen an

Vorteile:
• geringere Kosten von etwa 10 Euro
• schnelle Ergebnisse
• Probe kann bei Selbsttest selbst entnommen werden

Nachteile:
• kein Selbsttest möglich
• höhere Kosten (40 Euro)
• Ergebnis erst nach 2 bis 3 Tagen
• Probenentnahme aus Rachen / Nasenraum unangenehm
• Ansteckungsgefahr bei Probenentnahme durch Fachpersonal

Nachteile:
• Sensitivität und Spezifität nicht hoch
• positive Ergebnisse müssen mit PCR Test verifiziert werden
• braucht höhere Viruslast um positives Ergebnis anzuzeigen
• Probenentnahme aus Rachen / Nasenraum unangenehm
• Ansteckungsgefahr bei Probenentnahme durch Fachpersonal

Nachteile:
• Kosten mit 50 bis 80 Euro hoch
• Ergebnis erst nach 4 bis 5 Tagen
• Blutentnahme aus Fingerkuppe unangenehm
• viele infizierte bilden keine Antikörper
• Test wenig aussagekräftig
• Ansteckungsgefahr bei Probenentnahme durch Fachpersonal

Nachteile:
• Sensitivität und Spezifität zu gering (95%)
• Tests unzuverlässig
• Blutentnahme aus Fingerkuppe unangenehm
• viele infizierte bilden keine Antikörper
• Test wenig aussagekräftig
• Ansteckungsgefahr bei Probenentnahme durch Fachpersonal

Fazit: alle SARS-CoV-2 Nachweismethoden haben Vor- und Nachteile:

• Der PCR Test bietet eine hohe Sensitivität und Spezifität, Der PCR Test bietet eine hohe Sensitivität und Spezifität, kann aber nicht selbst durchgeführt werden, ist teuer und die Auswertung dauert lange. Trotzdem Goldstandard der Corona Tests

• Die Antigen Tests liefern schnelle Ergebnisse zu moderaten Kosten und es gibt Selbsttests. Die Sensitivität und Spezifität ist jedoch nicht sehr hoch und es braucht eine höhere Viruslast (nur während kurzer Phase der Erkrankung) um positive Ergebnisse anzuzeigen. Positive Ergebnisse müssen mit einem PCR Test verifiziert werden. Antigen Tests müssen regelmäßig durchgeführt werden und können bei der Früherkennung von Infektionen helfen und die PCR-Tests ergänzen.

• Antikörper Tests dienen hauptsächlich zur Überprüfung, ob man seit Beginn der Pandemie bereits eine Infektion durchgemacht hat und möglicherweise immun ist (Menge an IgG Antikörper). Zudem können die Tests dazu beitragen Infektionsketten aufzuklären. Sie helfen nicht bei der Auffindung akuter Infektionen.
Die Sensitivität und Spezifität der Antikörper Selbsttests ist gering. Bei den deutlich teureren Labortests (ELISA) werden zwar bessere Werte erzielt, aber die Zuverlässigkeit ist auch hier gering. Eine Schwierigkeit bei den Antikörper Tests ist, dass viele Infizierte und Genesene keine Antikörper ausbilden, weshalb der Test wenig aussagekräftig ist.