Was sind PCR-Test und wozu werden diese gebraucht?

Corona, auch SARS-CoV-2 genannt, ist in aller Munde und beherrscht die Welt seit Beginn des Jahres 2020. Die Corona-Pandemie hat die Welt fest im Griff. Daher ist es sehr wichtig, sich einmal mit der nationalen Teststrategie auseinander zu setzen. Welche Tests gibt es? Wie kommt welches Testergebnis zustande? Wo können die Testungen gemacht werden? Muss man dazu zum Arzt oder kann dies schon in der Apotheke gekauft und zuhause gemacht werden?

Wie funktioniert der PCR-Test?

Der Beweis für SARS-CoV-2 stammt von einem PCR-Test und auch Antigen-Test mit einem Abstrich aus Mund, Nase oder Rachen. Der Abstrich kann das genetische Material (DNA) des Virus COVID-19 enthalten.

Es gibt zwei Arten von Corona-Test:

• Standardmäßiger PCR-Test
• Antigen-Schnelltests

PCR ist Standard

In einem Labor, welches diese Verfahren des PCR durchführen kann, werden empfindliche molekulare Tests verwendet, um virales genetisches Material des Coronavirus mittels DNA nachzuweisen. Die internationale Teststrategie ist unter anderem im Zuge der Corona-Maßnahmen von Bundesgesundheitsminister Jens Spahn entwickelt worden. Die Testung und der Abstrich des DNA-Materials sollen durch medizinisches Personal und dem Arzt erfolgen. Der Antikörper-Test kann zuhause durchgeführt werden. Die Tests können online oder in der Apotheke vor Ort gekauft werden. Der Preis dazu beträgt ca. 60 €.

Der vollständige und komplexe des PCR Name lautet “Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction in Echtzeit” (kurz RT-PCR). Das Gerät, welcher den Corona-Test mittels DNA und dem ct-Wert auswertet, kann innerhalb weniger Zyklen sehr wenig genetisches Material in einer DNA- Probe replizieren. Mit fluoreszierenden Substanzen kann überprüft werden, ob die gewünschte virale Gensequenz in der Probe in Form eines direkten Erregernachweis vorhanden ist. Die Suche nach mehreren Genfragmenten eines COVID-19 soll beispielsweise falsche Erkennungen verhindern, da einige Gensequenzen mit denen anderer Viren identisch sind. Das Ergebnis des Tests, welches durch medizinisches Personal gemacht wird, bekommt der Mensch direkt nach Hause auf das Handy mittels Corona-Warn-App geschickt.

Genauigkeit des PCR-Test

Obwohl der PCR sehr genau ist, benötigt diese Methode eine relativ lange Zeit, um eine akute Infektion des Coronavirus via Testung nachzuweisen. Normalerweise dauert es mehr als 24 Stunden, um die Testergebnisse des Tests zu erhalten oder zu kommunizieren. Solange die infizierten Menschen das Corona während dieser Zeit verbreiten kann, hängt dies mit Infektions-Krankheit zusammen. Schnellere Corona-Tests wurden genehmigt, sogenannte Antikörper-Tests, oder werden derzeit erledigt. Ein neuer kommerzieller Corona-Test kann mehr als 1.000 Tests an einem 8-Stunden-Arbeitstag schaffen. In einem 24-Stunden-Betrieb können einige Geräte bis zu 4.000 Tests durchführen. Dies übertrifft die bisherigen Möglichkeiten bei weitem. Es ist nicht klar, wie genau und wie oft diese Geräte sofort verwendet werden können. Ziel anderer Unternehmen ist es, die Testzeit bei den Tests auf ca. eine Stunde zu reduzieren und so viele Tests innerhalb einer Woche durchführen zu können. Bis ein Corona-Impfstoff vorhanden ist, muss weiter in einer hohen Menge mittels Antikörper Test getestet werden.

Was besagt der ct-Wert?

In einem PCR-Test wird das genetische Material aus der Probe in mehreren Zyklen verdoppelt (verdoppelt). Der ct-Wert (Zyklusschwelle) spiegelt jeden Zyklus wider, der bei einem Test gemacht wurde. Im Fall von SARS-CoV-2 zeigt ein ct-Wert von mehr als 30 an, dass die Infektion vorliegt, jedoch normalerweise sehr gering oder sogar vernachlässigbar ist (geringe Viruslast).

Dies ist der Grund, warum die Anzahl der Tests nicht erhöht werden kann. Der Test kann auch eine Virus-Last mit einem höheren ct-Wert (d.h. einer niedrigeren Anfangskonzentration) nachweisen mittels Polymerase Kettenreaktion. In der Praxis bedeutet dies, dass der RT-PCR-Test weiterhin funktioniert, wenn der Mensch bereits infiziert ist und möglicherweise nicht mehr infektiös ist.

Der Schnelltest kann kein Corona mit einer so geringen genetischen Konzentration nachweisen. Daher ist die Gesamtgenauigkeit der Schnelltests schlecht, aber sie können sehr oft und sehr zuverlässig die Infektiosität der Mensch anzeigen. Dies bietet sich an für Personen, die eine Reise in ein Hoch-Risikogebiet gemacht hat. Die Tests sollen demnächst auch an den Flughäfen erhältlich sein.

Wie funktionieren Schnelltests?

Im Gegensatz zu Tests können PCR-Schnelltests kein genetisches Material, sondern virale Proteine nachweisen. Dieser Schnelltest sieht normalerweise wie ein Schwangerschaftstest aus und sind einfach in der Anwendung. Doch natürlich können auch die Tests falsch-positive-Ergebnisse liefern, jedoch in geringen Mengen. Sie können daher auch außerhalb eines Labors verwendet werden, z. B. in Pflegeeinrichtungen, Krankenhäusern und medizinischen Einrichtungen von medizinischem Fachpersonal. Für einen Antigen-Schnelltest wurden auch Proben aus der Nasopharynx entnommen. Das Probenmaterial wird dann in die Flüssigkeit gegeben, um das Protein aufzulösen. Davon werden dann ein Teil der Tropfen in die Testbox gegeben und kommen dann auf den Papierstreifen. Bei Reisen aus dem Risikogebiet wird daher empfohlen, sich vorab testen zu lassen.

Ergebnis nach 15 Minuten

Der große Vorteil von Antigen-Tests besteht darin, dass von der Probenentnahme bis zu den Ergebnissen nur 10 bis 15 Minuten benötigt werden. Daher ist ein schneller Nachweis des Antigens besonders hilfreich für die Früherkennung infizierter Personen. Grund: Untersuchungen zufolge weiß man, dass man die höchste Viren-Last hat, noch bevor das Coronavirus SARS-CoV-2 als Krankheit ausgebrochen ist. Vor dem Antigen-Test kann daher dann ein kranker Mensch identifiziert werden, auch wenn sie sich gesund fühlt.

Antigen-Test löst jedoch keine Probleme

Die Antigen-Schnelltests sind im Allgemeinen nicht so genau wie PCR-Nachweise im Bezug des Coronavirus Sars-CoV-2. Im direkten Vergleich erkennen sie Patienten weniger häufig als kranke Personen, während gesunde Personen Patienten weniger häufig erkennen. Die Informationen zu dem Antigen Coronavirus-Test der von BfArM in Deutschland gelisteten Hersteller zeigen in der Regel, dass die Trefferquote der PCR-Methode zwischen 95% und 99% liegt. Eines muss jedoch klar sein: Ein Ergebnis das negativ ist, des Antigen-Schnelltest bedeutet nicht, dass der Mensch nicht infiziert sind. Dies bedeutet jedoch, dass man an diesem Tag höchstwahrscheinlich niemanden infizieren wird, da das Testverfahren genauer ist, wenn man besonders infektiös ist.

Wie zuverlässig sind die Corona-Tests?

Ohne die SARS-CoV-2-Tests liegt keine Infektion vor. Daher können positive und negative Testergebnisse manchmal falsch sein. Die Zuverlässigkeit eines bestimmten Testverfahrens wird zunächst durch zwei Parameter bestimmt: Sensitivität und Spezifität.

• Die Empfindlichkeit eines Tests gibt den Prozentsatz der Anzahl infizierter Personen an, die durch den Test tatsächlich eine Infektion festgestellt haben. Ein Test mit einer hohen Sensitivität von 99% kann 99 von 100 Infektionen identifizieren, aber keine davon. Daher hat ein Mensch ein falsches Ergebnis das negatives ist. Mit anderen Worten: Je höher die Empfindlichkeit, desto höher ist die Zuverlässigkeit des Tests zur Erkennung von Krankheiten.
• Die Spezifität gibt den Prozentsatz gesunder Personen an, den der Test auch als gesund erkennt. Ein Test mit einer Spezifität von 95% ergab bei 95 von 100 gesunden Menschen ein negatives Ergebnis. Der Test gilt jedoch weiterhin für fünf gesunde Personen und identifiziert sie fälschlicherweise als infiziert. Daher erhalten fünf Personen ein falsch positives Ergebnis.

Hersteller sagen oft, dass die Sensitivität und Spezifität von RT-PCR-Tests bezüglich des Corona Virus nahezu 100% betragen. Diese guten Werte galten zunächst nur für Bedingungen im Labor. Nur weil der Test selbst den Unsicherheitsfaktor erhöht, sollten diese Ziele in der Praxis sonst selten erreicht werden. Beim Sammeln von Proben bezüglich COVID-19 oder beim falschen Transport von Proben können Fehler auftreten. Die Entnahmezeit der Probe spielt auch eine wichtige Rolle, ob das Virus noch erkannt werden kann. Eine vom deutschen Forscherteam in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie zeigte, dass die aus dem Hals entnommenen Tupferproben erst am vierten Tag nach Auftreten der Symptome replizierbare Viren und das Sputum erst am achten Tag replizierbare der Corona-Viren enthielten.

Wie erhöht ist das Risiko einer Infektion?

Sensitivität und Spezifität zeigen nur, wie viele Personen in einer Gruppe infizierter getestete Personen ebenfalls als (Sensitivität) erkannt werden und wie viele Personen in einer Gruppe gesunder Personen korrekt als gesund erkannt werden (Spezifität). Ein weiterer Faktor ist wichtig für den Informationswert des Tests: die sogenannte quantitative Test-Wahrscheinlichkeit. Es beschreibt, wie hoch das Risiko eines Menschen ist, um mit dem COVID-19 Virus infiziert zu werden.

Hatte der Mensch vor den Coronavirus-SARS-CoV-2 Tests Kontakt zu einer infizierten Person? Ist sie aus einer gefährlichen Gegend, welches zu einem Risikogebiet des Coronavirus-SARS-CoV-2 zählt? Zeigt der Mensch Krankheitssymptome von Coronavirus-SARS-CoV-2? Zurzeit haben sich viele Menschen aus der Bevölkerung mit dem Virus infiziert, gibt das Robert-Koch-Institut an. Je höher der Anteil der Corona-Infektion in der Bevölkerung ist, desto eher besteht die Gefahr, dass das Krankenhaus im Land an ihre Grenzen kommt. Weitere Informationen finden sich dazu auch auf der Webseite des Robert-Koch-Instituts.

Bei hoher Infektion sind positive Testergebnisse sicher

Grundsätzlich gilt: Je wahrscheinlicher ein Mensch tatsächlich mit dem neuartigen Coronavirus infiziert ist, desto mehr Informationen erhält der Mensch mit einem positiven Testergebnis. Mit anderen Worten: Wenn ein Mensch in engem und langfristigem Kontakt mit einem Covid 19-Fall-Patienten steht, ist ein positives Ergebnis des Tests fast zu 100% korrekt.

Andererseits steigen die Fälle von den falsch-positiven Ergebnissen bei Tests, die durch das medizinische Fachpersonal durchgeführt wird. Da es nur eine große Anzahl Corona-Infizierten Personen bei der Corona-Krise gibt, können sie sogar falsch negative Ergebnisse der Tests erhalten. Dies bedeutet, dass, wenn das Infektionsrisiko in der Bevölkerung normalerweise erhöht  ist, d.h. das Virus der COVID-19-Pandemie sich weit verbreitet, die Anzahl der Infektionen, die trotz der Antigen-Testergebnisse nicht an einer Infektion leiden, gestiegen ist. Daher ist noch immer ein großer Anteil der Personen unentdeckt, die positiv bei einem RT-PCR- getestet würden werden.

Dies ist sehr wichtig für die Auswertung der Testergebnisse. Denn: Wenn ein Mensch in engem Kontakt mit einem anderem infizierten Mensch steht, der Corona-typische Symptome hat, und daher ein hohes Infektionsrisiko hat, ist ein einzelner negativer Test nicht zulässig und es gibt keinen Grund, die Isolationszeit zu verkürzen. Dies wird vom Robert Koch Institut empfohlen.

Geringes Ansteckungsrisiko – Anteil falsch positiver Test steigt an

Nehmen wir das Gegenteil an: Das Risiko einer Infektion ist sehr gering, zum Beispiel gibt es nur sehr wenige Infektionen in der Bevölkerung. Unter diesen Bedingungen ist ein negativer PCR-Test Ergebnis mit ziemlicher Sicherheit korrekt. Daher werden Menschen, die wahrscheinlich gesund sind, auch als gesunde Menschen identifiziert. Gleichzeitig steigt aber auch der Anteil falsch positiver Tests: Menschen erhalten positive Testergebnisse, sind aber überhaupt nicht mit SARS-CoV-2 positiv infiziert. Da insgesamt weniger Menschen positiv infiziert sind, gibt es größere Mengen gesunde Menschen, die falsch positive Testergebnisse erhalten können.

Massentests sind keine Alternative

Wir wissen: Es ist kompliziert bei den Tests, die im Labor durchgeführt werden. Daher ist hier ein durchdachtes Experiment, um die Auswirkungen eines hohen Risikos oder eines niedrigen Krankheitsrisikos auf die positiven und negativen Testergebnisse zu veranschaulichen. Für die Berechnung verwenden wird die durchschnittliche Spezifität und Sensitivität, die von der Medical Laboratory Quality Assurance Promotion Association für PCR Tests im Labor aufgrund des ct-Werts in 488 Laboratorien aus 36 Ländern / Regionen ermittelt wurde: Die Sensitivität beträgt 99,3% und die Spezifität 98,2%.

Der dritte Faktor, der die Testergebnisse beeinflusst, das Infektionsrisiko, ist natürlich für alle unterschiedlich – je nachdem, ob die Personen engen Kontakt zu der infizierten Mensch gehabt hat, beispielsweise auf einer Party. Für Berechnungszwecke gehen wir jedoch davon aus, dass der Test in der Bevölkerung gemacht wird. Daher hat jeder getestete Mensch das gleiche Infektionsrisiko.