mini|Drive-Through-Testcenter in den Vereinigten Staaten mini|COVID-19-Testzelt, Eggersdorf bei Graz, Österreich
Corona-Tests umfassen verschiedene labordiagnostische Verfahren zum Nachweis einer Infektion mit dem Coronavirus SARS-CoV-2 oder des Vorhandenseins von Antikörpern.
Nur wenige Monate nach Beginn der COVID-19-Pandemie kamen erste PCR-Tests zum Nachweis des damals neuartigen SARS-CoV-2 zur Anwendung. So konnten Infizierte schnell identifiziert und durch Quarantäne isoliert sowie ihre Kontaktpersonen nachverfolgt werden. Im weiteren Verlauf der Pandemie wurden zudem auch Antigen-Schnelltests entwickelt, die zwar nicht ganz so sensitiv sind, jedoch eine breite Anwendung (auch durch Laien) ermöglichen.
Aussagekraft Die wichtigsten Gütekriterien für die Aussagekraft (Validität) diagnostischer Labortests sind Spezifität und Sensitivität: Unter Sensitivität wird die Wahrscheinlichkeit verstanden, dass eine eigentlich positive Probe auch als positiv erkannt wird (Ausschluss von Falsch-Negativen); unter Spezifität dagegen, die Wahrscheinlichkeit, dass eine eigentlich negative Probe auch als negativ erkannt wird (Ausschluss von Falsch-Positiven).
krank (infiziert)gesund (nicht infiziert)Test positivpositiv (P)falsch positiv (FP)Test negativfalsch negativ (FN)negativ (N)
Die Sensitivität des Testverfahrens gibt also den Anteil der positiv Getesteten zur Gesamtheit der tatsächlich Infizierten an, die Spezifität hingegen gibt den Anteil der negativ Getesteten zur Gesamtheit der tatsächlich Nicht-Infizierten an, als Formeln ausgedrückt:
bzw.
Für ein zuverlässiges Testergebnis werden für beide Kriterien Werte nahe 100 % angestrebt; eine hohe Sensitivität stellt sicher, dass kein Infizierter versehentlich übersehen wird; eine hohe Spezifität spricht dafür, dass kein „Fehlalarm“ (z. B. durch Kreuzreaktivität) ausgelöst wird.
Bei niedriger Prävalenz d. h. nur wenigen Infizierten (P+FN) unter den Probanden etwa aufgrund niederschwelliger Testindikation (z. B. Testung asymptomatischer Personen) wird insbesondere an die Spezifität des Tests eine hohe Anforderung gestellt. Präventives Testen ohne begründeten Verdacht erhöht das Risiko falsch-positiver Ergebnisse. Das RKI empfiehlt jedoch angesichts der epidemiologischen Lage die Testung von asymptomatischen engen Kontaktpersonen sowie Personen mit erhöhtem Risiko für Ansteckung und Verbreitung wie zum Beispiel Mitarbeitern des Gesundheitspersonals oder Bewohnern von Regionen mit erhöhtem Infektionsgeschehen., Stand 12. August 2020, Abruf am 28. August 2020.
Einzelne Verfahren PCR-Test
mini|COVID-19-Testkit mini|Funktionsweise des PCR-Tests mini|Auswertung eines PCR-Tests im Labor
Der sogenannte „PCR-Test“ (genauer: real-time quantitative Reverse-Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion) gilt als Goldstandard für den Nachweis von SARS-CoV-2.Paul-Ehrlich-Institut: COVID-19-Tests: NAT-Test gilt als Goldstandard, zu NAT-Tests gehört auch die PCR-Methode. Stand 23. März 2020, abgerufen am 25. August 2020. Er „gilt als das zuverlässigste Verfahren, um einen Verdacht auf eine aktive Infektion mit SARS-CoV-2 abzuklären. Die Auswertung erfolgt im Labor. Das Ergebnis liegt nach wenigen Stunden bis Tagen vor“. Die Validität der Ergebnisse hinsichtlich einer Infektion, der Infektiosität und der symptomatischen Erkrankung ist abhängig von vielen Faktoren. Der Ct-Wert gibt in der Theorie einen Hinweis auf die Viruslast und indirekt die Infektiösität. In der Praxis kann er jedoch nur als grober Richtwert herangezogen werden, da die PCR-Tests der unterschiedlichen Anbieter nicht standardisiert und die Ergebnisse abhängig von der Probenentnahme sind.
Dabei reagiert der Test auf das Vorhandensein zweier bestimmter kurzer Gensequenzen (Nukleotidsequenzen), die kennzeichnend für die genannten Viren sind, bezeichnet als E-Gen und RdRp-Gen. Das E-Gen codiert für die Virushülle (E für engl. envelope ‚Hülle‘), das RdRp-Gen für die RNA-abhängige RNA-Polymerase (RdRp für engl. RNA-dependent RNA polymerase). Der Test reagiert somit sowohl auf Bestandteile des Virus als auch auf Virenreste. Neben dem an der Charité entwickelten Test haben weitere Institutionen eigene Tests entwickelt. Der vom CCDC entwickelte Test ist gegen die RNA-Region des Nucleokapsids (N-Gen) und des Nichtstrukturproteins nsp10 gerichtet. Der Test der Hong Kong University ebenso gegen die RNA-Region des Nucleokapsids und des Nichtstrukturproteins nsp14. Der vom CDC entwickelte Test richtet drei Primer gegen die RNA-Region des Nukleocapsids und beinhaltet auch einen Primer gegen die menschliche RNase P, welches eine Qualitätskontrolle der RNA-Extraktion und damit eine bessere Vergleichbarkeit der Tests ermöglicht.Chantal B.F. Vogels et al.: Analytical sensitivity and efficiency comparisons of SARS-COV-2 qRT-PCR primer-probe sets. medRxiv, 26. April 2020, doi:10.1101/2020.03.30.20048108 Die letzten beiden Assays verwenden (neben anderen) eine Gensonde, die für SARS-CoV-2 spezifisch ist. Beim zweiten Assay ist zusätzlich eine Sonde enthalten, die zur Nukleotidsequenz sowohl des RNA-Teilstücks des SARS-CoV-1 als auch des SARS-CoV-2 passt.
Der Abstrich erfolgt in der Regel im Rachen (Oropharynx); teilweise (und dadurch noch zuverlässiger) auch zusätzlich in der Nase (Nasopharynx). Daneben ist auch eine Probenahme durch Gurgeln möglich. Auch manche andere Körperflüssigkeiten wie Stuhl können prinzipiell getestet werden, sind aber weniger aussagekräftig. Durch das Testen von Abwässern kann zudem auf das aktuelle Infektionsgeschehen an einem ganzen Ort geschlossen werden.
Spezifität Der Test reagiert positiv auf SARS-CoV-2 und das SARS-CoV-1. Die Kreuzreaktivität auf SARS-CoV-1 ist gewollt, um SARS-CoV-1 (aus Laborbeständen) als positive Testkontrolle verfügbar zu machen. Weitere Daten aus der Test-Entwicklung deuten darauf hin, dass der Test auf „wahrscheinlich alle asiatischen Viren“ (übersetzt aus dem Englischen) aus der Untergattung Sarbecovirus ein positives Ergebnis liefert.
In der Entwicklung wurde sichergestellt, dass der Test nicht positiv auf die endemischen humanen Coronaviren (HCoV-229E, -NL63, -OC43, -HKU1), das MERS-CoV und viele andere übliche Erreger von respiratorischen Erkrankungen reagiert. Wie andere etablierte Teste für menschliche Coronaviren reagiert auch dieser Test positiv auf verschiedene, beim Menschen unbekannte Coronaviren (insbesondere solche von bestimmten Fledermausarten).
Um festzustellen, dass der Test nicht auf ein anderes Virus ungewollt positiv reagiert, werden Proben getestet, die das Zielvirus nicht enthalten. Somit wird hier sichergestellt, dass der Test eine negative Probe in diesen Fällen auch tatsächlich als negativ anzeigt. Aufgrund dieser Untersuchungen wird die Spezifität dieses Tests als äußerst hoch eingeschätzt, sofern (aus anderen Erwägungen) sichergestellt werden kann, dass die getestete Probe frei von SARS-CoV-1 und anderen asiatischen Sarbecoviren ist.
In einem Ringversuch der deutschen Instand e. V. (Gesellschaft zur Förderung der Qualitätssicherung in medizinischen Laboratorien) wurde im Mai und Juni 2020 die Qualität von 463 Laboren aus 36 Ländern unter anderem darauf untersucht, ob sie bei den Tests zuverlässig falsch positive Ergebnisse ausschließen können. Dabei erzielten die Labore für die SARS-CoV-2 negativen Proben überwiegend richtige negative Ergebnisse (97,8 % bis 98,6 %). Labore, die nicht ausschließlich 100 % richtige Ergebnisse liefern konnten, wurden nicht zertifiziert.
Die Foundation for Innovative New Diagnostics in Genf hat im Juni 2020 die Sensitivität und die Spezifität von SARS-CoV-2-Testsystemen von 21 Herstellern durch Vergleich mit einem eigenen Inhouse-Test ermittelt. Die Spezifität wurde anhand von jeweils 100 negativen Proben bestimmt und hatte eine Spannweite von 96 % bis 100 %. Unklar ist bislang, ob die als falsch-positiv interpretierten Ergebnisse tatsächlich falsch-positiv sind oder auf falsch-negative Referenzergebnisse des eigenen Inhouse-Tests zurückzuführen sind.
In einer Publikation aus dem Friedrich-Loeffler-Institut Pitfalls in SARS-CoV-2 PCR Diagnostics berichten die Autoren über das Auftreten von herstellerseitigen Kontaminationen kommerzieller Primer/Sonden-Sets mit der SARS-CoV-2-Zielsequenz des RT-qPCR. Da auch Kontaminationen der verwendeten Reagenzien zu falschen Testergebnissen führen können, empfehlen die Autoren eine Chargen-Prüfung sowie systematische Qualitätskontrollen im Testablauf.
Sensitivität Während die hohe Spezifität weitgehend akzeptiert wurde, wird die Sensitivität des Tests des Öfteren kritisiert und es wird von häufigen falsch negativen Ergebnissen berichtet. Im Ergebnis führte das z. B. bei mehrfach hintereinander getesteten Patienten dazu, dass der Status immer wieder zwischen positiv, negativ und unklarem Ergebnis wechselte. Das Problem wird hier aber nicht auf der „technischen“ Seite des Tests gesehen, sondern in der richtigen Ausführung und Handhabung. In einer Untersuchung von Abstrichergebnissen von Patienten zeigte sich eine starke Abhängigkeit der Sensitivität vom Zeitpunkt seit der Exposition mit dem Virus und dem Krankheitsverlauf. Am Tag nach dem Kontakt mit einem positiv Getesteten konnte bei einem Drittel Virus-RNA nachgewiesen werden. Am Tag des Symptombeginns war der Test bei 62 % der Patienten positiv. Die höchste Sensitivität wurde drei Tage nach Symptombeginn mit 80 % festgestellt. Drei Wochen nach Symptombeginn ließen sich noch bei rund einem Drittel der Patienten Virus-RNA nachweisen.Lauren M. Kucirka: Variation in False-Negative Rate of Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction–Based SARS-CoV-2 Tests by Time Since Exposure. In: Annals of Internal Medicine. 18. August 2020, doi:10.7326/M20-1495.
Ein positiver PCR-Test ist nicht gleichbedeutend mit Infektiosität: Der PCR-Test ist bei der empfohlenen Abstrichtechnik stets länger – in einigen Fällen mehrere Wochen – positiv, als vermehrungsfähige Viren nachweisbar sind., Stand 21. August 2020, Abruf am 30. August 2020., Stand 11. August 2020, Abruf am 30. August 2020., 3. Juli 2020, Abruf am 30. August 2020, Grafik PNG Die Infektiosität kann jedoch mittels des zum Testergebnis gehörenden Ct-Wertes abgeschätzt werden. Je höher dieser Wert, desto weniger Viruslast war vorhanden. Aufgrund bisheriger Erfahrungen gibt das RKI an, dass bei einem hohen Ct-Wert (> 30) entsprechend einem niedrigen Gehalt von Virus-RNA in den meisten Fällen keine Anzüchtbarkeit in Zellkulturen beobachtet werden konnte. Eine Verkürzung der Quarantänezeit aufgrund eines Testergebnisses wird allerdings nicht empfohlen, allerdings sei eine Entisolierung bei diesem schwach-positiven Testergebnis im Rahmen einer ärztlichen Einzelfallentscheidung möglich., zuletzt abgerufen am 6. September 2020.
Zu Umfang und Bedeutung falsch-positiver Testergebnisse gibt das Robert Koch-Institut an, dass aufgrund des Funktionsprinzips des PCR-Tests und der hohen Qualitätsanforderungen die analytische Spezifität bei nahezu 100 % liege. Daraus folgert das RKI, dass bei korrekter Durchführung der Tests und fachkundiger Beurteilung der Ergebnisse von einer sehr geringen Zahl falsch-positiver Befunde auszugehen sei und die Einschätzung der Lage nicht verfälscht werde. Dem entspricht auch die Einschätzung der Nationalen Akademie der Wissenschaften: Sie betont, dass die Quote von falsch positiven PCR-Testergebnissen erheblich geringer ist als anhand der bloßen technischen Spezifitätsdaten einzelner Tests angegeben, da initial positive Ergebnisse in der Praxis stets einer Bestätigungstestung unterzogen werden.
Womöglich werden zu wenige Proben, Proben von den falschen Stellen oder Proben auf die falsche Art entnommen. Das kann dazu führen, dass das Virus in der Probe fehlt, aber im Menschen trotzdem vorhanden ist. Der Test fällt dann „technisch-korrekt“ negativ aus, obschon der Mensch Spuren des Virus in sich trägt.