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Wie funktioniert der "Corona Test"?
Kai Fiedler Wie funktioniert der "Corona-Test"?
Das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 ist erst seit wenigen Monaten bekannt. Es hat nicht lange gedauert, bis das Erbgut des Virus, also seine Genomsequenz, entschlüsselt wurde, und ein zuverlässiges Nachweisverfahren für eine Virusinfektion vorlag.
Die Nachrichten sind voll mit Informationen über das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 und die dadurch ausgelöste Erkrankung COVID-19. Aus diesem Grund soll hier nur eine kurze Übersicht zur zeitlichen Einordnung präsentiert werden:
Im Dezember 2019 wurden in der chinesischen Stadt Wuhan, Hauptstadt der Provinz Hubei, vermehrt Patienten mit einer schweren Lungenentzündung behandelt. Mehrere Erkrankte arbeiteten auf dem örtlichen „Südchinesischen Markt für Fische und Meeresfrüchte“, wodurch dieser Markt als Infektionsort mit einem neuen, unbekannten Krankheitserreger in Betracht gezogen wurde. Wenig später wurde als Ursache für die Erkrankungen ein neues Virus aus der Familie der Coronaviren entdeckt [1, 2]. Mitte Januar wurde das Erbgut des Virus entschlüsselt und die komplette Genomsequenz, also die Reihenfolge der einzelnen Nucleotide (= Bausteine des Erbguts) des neuen Virus namens SARS-CoV-2 in einer Internetdatenbank veröffentlicht [2, 3]. Gleichzeitig wurde ein erstes Nachweisverfahren einer Infektion mit dem neuartigen Virus präsentiert, umgangssprachlich als „Corona-Test“ bezeichnet [4].
Wie funktioniert der "Corona-Test"?
Die entscheidende Voraussetzung für ein spezifisches Nachweisverfahren einer Infektion mit SARS-CoV-2 ist die entschlüsselte Genomsequenz. Coronaviren sind RNA-Viren, weshalb auch das Genom von SARS-CoV-2 aus einzelsträngiger RNA besteht. DNA und RNA besitzen vier verschiedene Bausteine, die Nucleotide, welche in unterschiedlicher Reihenfolge angeordnet sind und somit eine für jeden Organismus einzigartige Sequenz bilden. Während bei DNA die Nucleotide Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin vorkommen, beinhaltet RNA statt Thymin das Nucleotid Uracil. Einzig bei manchen Viren besteht das Erbgut aus RNA. In allen anderen Lebewesen ist das Erbgut aus DNA aufgebaut. Das Erbgut von SARS-CoV-2 ist knapp 30.000 Nucleotide lang und enthält vermutlich die Informationen für zehn Proteine, unter anderem Proteine der Virushülle und das Protein zur Verpackung des Virusgenoms [2, 3]. Die Reihenfolge, in der die Gene auf dem Genom angeordnet sind, entspricht der aller Coronaviren [5]. Vergleiche mit den Genomsequenzen anderer Coronaviren zeigen eine Übereinstimmung mit Coronaviren aus Fledermäusen von fast 90%. Der Proteinabschnitt, der für die Bindung an die Oberflächenrezeptoren der Zielzelle im Menschen benötigt wird und somit den Eintritt in die Wirtszelle erlaubt, ähnelt hingegen am meisten einigen Coronaviren von Schuppentieren. Auch wenn der exakte Ursprung von SARS-CoV-2 noch nicht endgültig geklärt
worden ist, sei an dieser Stelle erwähnt, dass eine künstliche Erzeugung im Labor, wie es einige Theorien vermuten, wohl ausgeschlossen werden kann [6].
Das Nachweisverfahren für SARS-CoV-2 muss somit sehr genau sein, um ausschließlich das neuartige Coronavirus zu erkennen, nicht aber andere, nahverwandte Coronaviren. Dafür wird eine molekularbiologische Standardmethode verwendet: quantitative real-time PCR, qRT-PCR; auf deutsch quantitative Echtzeit-PCR. PCR steht hierbei für polymerase chain reaction, Polymerase Kettenreaktion [4, 7].
Ausgangsmaterial für das Nachweisverfahren ist das RNA-Erbgut des Virus. Um zunächst an das Virus heranzukommen, wird meist ein Rachenabstrich beim Patienten vorgenommen. Das Virus findet sich aber auch im Bronchialsekret oder ausgehusteten Absonderungen. Für einen Abstrich werden spezielle „Virustupfer“ verwendet, an denen das Virus haften bleibt. Die Proben müssen dann schnellstmöglich und gekühlt zu einem Analyselabor gesendet werden. Da die Probe als „Biologischer Stoff, Kategorie B" behandelt wird, muss der „Virustupfer“ dreifach verpackt werden: die erste Verpackung bildet das Tupferröhrchen, in welches der Tupfer gesteckt wird; dieses kommt in ein weiteres, flüssigkeitsdicht verschraubtes Schutzgefäß; um dieses kommt zuletzt die Außenverpackung [8]. Zurzeit (22.03.2020) stehen in Deutschland 47 Labore zur Verfügung, die den „Corona-Test“ zuverlässig und reproduzierbar durchführen können [9]. In den Laboren angekommen wird das Erbgut des Virus zunächst extrahiert und dann das Nachweisverfahren mittels quantitativer Echtzeit-PCR vorgenommen. Dabei gilt die biologische Schutzstufe 2 [8]. Wie funktioniert die quantitative Echtzeit-PCR?
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