PCR-Test

Wann liegt eine Infektionskrankheit vor?

Robert Koch (1843-1910) gilt als Vater der modernen Mikrobiologie. Mit seinen „Koch`schen Postulaten“ definierte er, wann überhaupt eine Infektionskrankheit vorliegt:

  • der Krankheitserreger muss sich in den erkrankten Organen nachweisen lassen
  • der Krankheitserreger lässt sich aus dem erkrankten Organ isolieren und kann in einem geeigneten Substrat vermehrt werden
  • mit den so vermehrten Krankheitserregern lässt sich das Krankheitsbild experimentell auslösen (zum Beispiel durch Übertragung auf ein Versuchstier)

Die Erfüllung der Koch`schen Postulate ist bei Viruserkrankungen wie Covid-19 zugegebenermaßen schwierig. Viren lassen sich nur in einer lebenden Wirtszelle vermehren und sind letztlich nur elektronenmikroskopisch nachweisbar. Der elektronenmikroskopische Befund ist oft nicht eindeutig. Viren können leicht mit zell-eigenen Strukturen (Endosomen) verwechselt werden [1].

Für die aktuelle Covid-19 Epidemie sind die Koch`schen Postulate im strengen Sinne nicht erfüllt.

Quellen:
[1] de.wikipedia.org, „Endosom“

Wie wird das SARS-CoV-2 denn nachgewiesen?

Üblicherweise entnimmt man einen tiefen Nasen- und Rachenabstrich unter sterilen Bedingungen [2]. Dieser Abstrich wird dann im Labor auf das Vorhandensein spezifischen Erbmaterials (RNA, Ribonukleinsäure) des SARS-CoV-2 untersucht. Dieses Verfahren ist technisch aufwendig und wird „PCR-Test“ (Polymerase Chain Reaction, Polymerase-Ketten-Reaktion) genannt.

Dabei wird das im Abstrich enthaltene RNA-Material in RNA-Einzelstränge aufgespalten und mit Virus-spezifischer Einzelstrang-RNA („Primer“) vermischt. Ist im Abstrich tatsächlich Virus-RNA vorhanden, so fügen sich Primer und Virus-Einzelstrang-RNA zu einem Doppelstrang zusammen, was nur bei komplementären RNA-Einzelsträngen möglich ist. Mit Hilfe eines Enzyms (Reverse Transkriptase) muss die RNA in DNA umgewandelt werden. Nur so kann im positiven Nachweisfall der Doppelstrang mit Hilfe eines weiteren Enzyms, der DNA-Polymerase, so lange vervielfältigt werden, bis er quantitativ nachweisbar wird [3].

Dieser PCR-Test ist also per se aufwendig, komplex und damit fehleranfällig.

Hinzu kommt, dass SARS-CoV-2 vielen anderen Viren sehr ähnlich ist. Es muss also mit einer nicht näher quantifizierbaren Rate an falsch positiven Testergebnissen durch Kreuzreaktion mit der RNA harmloser und weit verbreiteter Virusvarianten gerechnet werden. Man muss sich vor Augen halten, dass sich im menschlichen Organismus etwa 10-bis 100-mal mehr Mikroorganismen (darunter viele Viren) aufhalten als der Körper eigene Zellen besitzt (Mikrobiom) [4]. Darüber hinaus wird vermutet, dass die Mikrobiologie nur einen Bruchteil aller existierenden Mikroorganismen kennt und erforscht hat, nämlich jene, die Krankheitserscheinungen verursachen und/oder sich außerhalb ihres Wirtes kultivieren lassen. Das heißt, dass ein sehr großer Teil des Mikrobioms der Wissenschaft bis heute unbekannt ist.

Allein diese Überlegungen könnten erklären, warum die allermeisten aufgrund von Kreuzreaktionen „positiv“ Getesteten keine oder nur milde Krankheitserscheinungen aufweisen.

Der PCR Test weist also keinesfalls das Virus an sich nach, sondern eine RNA Sequenz, die auch aus anderen Viren und sogar aus den Körperzellen des Getesteten stammen kann.

Somit besteht also allenfalls eine Korrelation zwischen positivem PCR-Test und SARS-CoV-2, jedoch keine absolute Übereinstimmung.

Quellen:
[2] www.aerzteblatt.de, „SARS-CoV-2: Der richtige Nachweis“
[3] de.wikipedia.org, „Polymerase-Ketten-Reaktion“
[4] de.wikipedia.org, „Mikrobiom“

Wie genau ist der PCR-Test auf SARS-CoV-2?

Wenn man die Korrelation zwischen PCR-Test und dem tatsächlichen Virusnachweis beurteilen will, kommt man um ein bisschen Statistik nicht herum.

Unter der „Sensitivität“ definiert man die Wahrscheinlichkeit mit der ein Test ein positives Ergebnis auch als solches erkennt (Ausschluss von falsch negativen Testergebnissen). Bei den SARS-CoV-2 PCR-Tests wird von einer nahezu 100% Sensitivität ausgegangen.

Unter der „Spezifität“ eines Tests versteht man die Wahrscheinlichkeit mit der ein tatsächlich negatives Ergebnis auch als negativ erkannt wird (Ausschluss von falsch positiven Testergebnissen). Die Literaturangaben zur Spezifität des PCR Tests auf SARS-CoV-2 sind inkonsistent. Um die Spezifität eines Testes zu evaluieren, greift man auf sogenannte Ringversuche zurück, bei denen verblindete Proben an teilnehmende Labore versendet werden. Im Mai und Juni 2020 wurde ein großer Ringversuch zum SARS-CoV-2 PCR-Test mit 463 Laboren aus 36 Ländern durchgeführt. Kein einziges Labor konnte dabei eine 100%-ige Spezifität erreichen. Die Ergebnisse schwankten zwischen 97,8 und 98,6% [5,6]. Selbst bei einer Fehlerrate von nur 1% falsch positiven Ergebnissen kann dies aber je nach Zusammensetzung der untersuchten Kohorte ganz unterschiedliche Auswirkungen haben (Stichwort: Prävalenz und Vortestwahrscheinlichkeit).

Stellen wir uns der Einfachheit halber 100 Patienten mit einer schweren Atemwegserkrankung vor. Die Wahrscheinlichkeit, in dieser Gruppe positive PCR-Tests zu finden ist per se hoch. Nehmen wir an, dass tatsächlich 80 von 100 Menschen dieser Gruppe einen positiven PCR-Test aufweisen, so spielt in dieser Konstellation ein falsch positiver Tests (1%) keine wichtige Rolle.

Testen wir umgekehrt 99 klinisch gesunde Menschen, von denen einer tatsächlich positiv ist und es käme nur ein einziger, falsch positiver Test hinzu, so wären von den positiv Getesteten schon 50% (also die Hälfte!) falsch positiv.

Überspitzt formuliert kann man sich also eine nach den neuen WHO Kriterien definierte Pandemie „herbeitesten“, wenn

  • man eine ausreichend große Anzahl klinisch gesunder Menschen testet (niedrige Prävalenz und geringe Vortestwahrscheinlichkeit!) und
  • die vermeintliche Diagnose „Neu-Infizierte“ ausschließlich an einem positiven Testergebnis festmacht, unabhängig vom Befinden des Patienten.

Dies ist nun aber genau das, was im Moment passiert: Neue Abstrich-Zentren werden eingerichtet und es sollen großzügig alle Urlaubsheimkehrer, Lehrer, Schüler, Mitarbeiter im Gesundheitswesen, Kindergärten etc. getestet werden, ungeachtet ihres klinischen Gesundheitszustandes.

Wer sucht, der findet, und wer viel testet wird auch viele (falsch positive) Ergebnisse erhalten. Zwei Prozent von Hunderttausend ist eben absolut gesehen viel mehr als zwei Prozent von Hundert.

Nachfolgend eine Grafik mit den positiven PCR-Test-Zahlen, und die Anzahl der durchgeführten Tests. Die absolute Zahl der (falsch) positiven Testergebnisse steigt mit der Anzahl der Tests.

Wenn man die Anzahl der Tests in die Auswertung mit einbezieht und die positiven Testergebnisse pro 1000 Tests darstellt, sieht man zum einen, dass die Fallzahlen nicht zunehmen und zum anderen, dass die positiven Testergebnisse weit unterhalb der Testgenauigkeit (falsch positive Tests) liegen.

Der nächste „Lock down“ kommt bestimmt….

Quellen:
[5] de.wikipedia.org, „SARS-CoV-2“
[6] www.instand-ev.de, „INSTAND-Ringversuch (340) Virusgenom-Nachweis Coronaviren inkl. SARS-CoV-2 - Juni/Juli 2020“

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