PCR-Test: So funktioniert der Nachweis von Virusinfektionen

Was bedeutet PCR eigentlich? Die Buchstaben PCR sind eine Abkürzung für das englische Wort "Polymerase Chain Reaction" (Polymerase-Kettenreaktion). Die Polymerase-Kettenreaktion ist eine Methode, bei der ein kleiner Teil des Erbgutes (DNA (Desoxyribonukleinsäure) bzw. bei manchen Viren RNA) in vitro vervielfältigt wird. Mit diesem Verfahren können beispielsweise Virusinfektionen oder Erbkrankheiten nachgewiesen werden. In der Praxis wird die Methode neben der medizinischen Diagnostik (zum Beispiel für den Nachweis von SARS-CoV-2) häufig in der Laborforschung (Klonieren, Sequenzieren etc.), Gerichtsmedizin, bei Vaterschaftstests oder der Lebensmitteldiagnostik (Qualitätssicherung von Produkten) verwendet.

Die PCR beruht auf zwei Prinzipien:

1. Vervielfältigung eines bestimmten Teilbereiches der DNA (Amplifikation)*

2. Durch die Amplifikation kann das Erbgut nachgewiesen und identifiziert werden.

* Liegt eine RNA vor, muss die Code-Sequenz der Ribonukleinsäure mittels dem Enzym "Reverse Transkriptase" vor der Amplifikation in eine DNA-Code-Sequenz umgewandelt werden.

Im Fall einer Virusinfektion wird mit dem PCR-Test die Viruslast untersucht, es wird also das Erbgut des Virus vermehrt. Die Vermehrung der DNA-Sequenz erfolgt in mehreren Schritten, sogenannten Zyklen. Dazu werden folgende Komponenten benötigt:

• DNA-Material (von Nasenabstrich, Gurgeltest, etc.)

• Taq-Polymerase: ein spezielles Enzym, das selbst bei hohen Temperaturen über 50° Celsius seine Funktion, die Vervielfachung von DNA, erfüllen kann.

• Primer: DNA-Bruchstücke (kurze Nukleotidketten), die sich am Anfang und am Ende der zu kopierenden Stelle anlagern. So wird eingegrenzt, welcher Teilbereich der DNA untersucht werden soll.

• Nukleotide (DNA-Bausteine)

• ein Thermocycler: ein Laborgerät, das einen zyklischen Temperaturwechsel und damit eine Polymerase-Kettenreaktion selbstständig durchführen kann.

Der Vermehrungsprozess, also ein Zyklus, läuft wie folgt ab:

1. Denaturierung: Durch das Erhitzen (94 - 96 °C) der doppelsträngigen DNA kommt es zur Auflösung der Wasserstoffbrückenbindungen und die DNA wird in Einzelstränge denaturiert bzw. aufgeschmolzen.

2. Annealing: Die DNA wird auf eine niedrigere Temperatur (ca. 55 °C) abgekühlt. Nun können sich die "Primer" an ihre DNA-Zielsequenzen anlagern.

3. Elongation ("polymerization"): bei einer Temperatur von 72 °C verlängert ("elongiert") das Enzym Taq-Polymerase unter Verwendung von Nukleotiden die Primer-Start-Sequenz und bildet so ein neues, verlängertes DNA-Molekül.

In der Regel laufen im Thermocycler mehrere Vermehrungszyklen hintereinander ab. Mit jedem Zyklus entstehen neue DNA-Ketten (daher der Name Polymerase-Kettenreaktion).

Im Anschluss an die Kettenreaktion werden die PCR-Produkte, also die neu entstandenen DNA-Moleküle, untersucht und ausgewertet. Dabei gibt es zwei Arten von Ergebnissen:

• ein qualitatives Ergebnis: Soll beispielsweise eine Virusinfektion nachgewiesen werden, wird nur untersucht, ob ein bestimmter Abschnitt des Erbgutes im Untersuchungsmaterial vorhanden ist ("positives" Ergebnis") oder nicht ("negatives" Ergebnis).

• ein quantitatives Ergebnis:

Der CT-Wert (cycle-threshold-Wert) gibt die Anzahl der Zyklen an, die das PCR-Verfahren durchlaufen hat, bevor das Virus nachgewiesen wird. Ein niedriger CT-Wert deutet darauf hin, dass die Viruslast in der Probe hoch ist. Ein hoher CT-Wert heißt, dass wenig Virusmaterial gefunden wurde. Ein CT-Wert, der größer als 30 ist, gilt als Richtwert dafür, dass ein Infizierter nicht ansteckend ist. Allerdings ist dieser Wert mit Vorsicht zu genießen:

• Ein hoher Wert kann ein Indikator dafür sein, dass die Infektion abklingt oder gerade erst anfängt. Hat sich eine Person frisch angesteckt, ist die Viruslast zu Beginn noch gering und die Person noch nicht ansteckend. Das kann sich aber innerhalb von einem oder mehreren Tagen ändern.

• Durch unterschiedliche Testsysteme können sich auch die CT-Werte von Labor zu Labor unterscheiden, selbst bei gleicher Viruslast, wie das Robert Koch-Institut (die zentrale Einrichtung der deutschen Bundesregierung im Bereich der biomedizinischen Forschung) mitteilt.

• Zudem können Abstrichmenge und Testart (Rachen-Abstrich, Nasen-Rachen-Abstrich, Gurgeltest) variieren. Der uneinheitliche Testablauf kann daher ebenso zu unterschiedlichen CT-Werten führen.

In Österreich gilt seit dem 1. August 2022 bei einer Infektion mit SARS-CoV-2 keine Quarantäne-Pflicht mehr. Für Infizierte gilt eine zehntägige Verkehrsbeschränkung (Ausgang mit FFP2-Maske, im Freien mit zwei Metern Abstand zu anderen Personen auch ohne Maske). Für die "Freitestung" braucht man einen molekularbiologischen Test (PCR-Test) mit einem CT-Wert von 30 oder höher beziehungsweise einem negativen Testergebnis.

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PCR-Tests gelten prinzipiell als "Goldstandard" für die Diagnostik. Schon kleinste Mengen an Viren oder Bakterien in der Probe können durch diese Methode nachgewiesen werden. Mit dieser Methode kann relativ zuverlässig nachgewiesen werden, ob eine Person infiziert ist oder vor kurzem infiziert war. Der PCR-Test weist aber nicht nach, ob jemand infektiös ist beziehungsweise noch vermehrungsfähige Viren im Körper vorhanden sind. Die Genauigkeit des Testergebnisses hängt zudem von Faktoren wie der Qualität der entnommenen Probe, dem beauftragten Labor und der Hintergrundgeschichte eines Patienten ab.

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Ein negatives PCR-Testergebnis schließt nach Angaben des Robert-Koch-Instituts die Möglichkeit einer Infektion mit SARS-CoV-2 nicht aus. Ursachen für sogenannte falsch-negative Ergebnisse können unter anderem eine schlechte Qualität der Probennahme, unsachgemäßer Transport oder ungünstiger Zeitpunkt (im Hinblick auf den Krankheitsverlauf) der Probenentnahme sein. Experten empfehlen daher Patienten mit einem negativem PCR-Test, aber begründetem Verdacht auf eine SARS-CoV-2-Infektion, eine Wiederholung des Tests.

Von einem falsch-positiven Ergebnis spricht man, wenn eine Person positiv getestet wurde, obwohl sie nicht infiziert ist. Ursachen hierfür können Störanfälligkeiten des Tests oder Kreuzreaktionen mit anderen Coronaviren sein.

Kein Test ist zu 100 Prozent sicher. Die wissenschaftliche Genauigkeit eines Tests wird durch die Sensitivität (Anteil der richtig-positiven Testergebnisse) und die Spezifität (Anteil der richtig-negativen Ergebnisse) bewertet. Ist ein hoch sensitiver Test nicht spezifisch genug, kann er viele falsch-positive Befunde liefern. Beide Parameter sollten folglich hoch sein, um ein genaues Ergebnis zu erzielen. Laut Robert-Koch-Institut wurde für beidseitige Nasenabstriche in einer Studie (Swabs Collected by Patients or Health Care Workers for SARS-CoV-2 Testing) eine Sensitivität der PCR von 94 bis 96 Prozent ermittelt, für Speichel oder Speiche-Tupfer haben einige Wissenschaftler eine geringere klinisch-diagnostische Sensitivität eruiert. Die Spezifität ist laut Studien ebenfalls ausreichend hoch.

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Die Ergebnisse eines PCR-Tests sind nicht so schnell abrufbar, wie beim Antigen-Schnelltest (nach rund 15 Minuten). Dennoch sind die Ergebnisse des Laborverfahrens der PCR innerhalb von 24 Stunden bis 72 Stunden verfügbar - je nach Kapazitäten und Ressourcen des Labors.

Für den PCR-Test gibt es zwei unterschiedliche Testarten:

• Abstrichproben: Proben werden aus dem Rachenraum und /oder der Nase entnommen.

• Gurgelmethode: hier wird mit einer Flüssigkeit (meist eine Salzlösung) gegurgelt oder gespült, um Probenmaterial zu erhalten.

Laut Gesundheitsministerium stellt eine Probenahme über die Nase aus dem Rachen (Nasen-Rachen-Abstrich) den Goldstandard dar, weil mit dieser Technik erfahrungsgemäß eine große Menge Virusmaterial gewonnen werden kann. Ist ein Abnahme über die Nase - zum Beispiel aus medizinischen Gründen - nicht möglich, kann eine Probenahme über den Mund aus dem Rachen (Rachen-Abstrich) erfolgen. Eine Probenahme durch Spülen oder Gurgeln wird hauptsächlich bei Tests zur Eigenanwendung eingesetzt.

In Österreich sind zahlreiche PCR-Testangebote gratis. Testmöglichkeiten gibt es in Teststraßen und -stationen der Bundesländer und Gemeinden. Zudem werden Gratis-Tests in Apotheken und Testmöglichkeiten in Unternehmen angeboten.

Weiterführender Link:
Corona-Testangebote in Österreich

Da die PCR-Testmethode aufwändiger ist als beispielsweise ein Antigen-Schnelltest, sind die Kosten eines PCR-Tests auch dementsprechend höher. Wer sich abseits der kostenlosen Angebote testen lässt, muss mit 85 bis 260 Euro rechnen. Rund 40 Labore und medizinische Einrichtungen bieten derzeit Corona-Tests für Privatpersonen an. Auch manche Hausärzte führen sie durch.

Während beim PCR-Test das Erbgut des Virus untersucht wird, werden beim Antigen-Schnelltest Proteine (Antigene) des Virus nachgewiesen. Die Abstriche werden - gleich wie beim PCR-Test - aus Mund, Rachen oder Nase entnommen. Die Probe wird dann auf einen Teststreifen aufgebracht. Sind ausreichend Virus-Proteine in der Probe vorhanden, zeigt sich eine Markierung - ähnlich wie beim Schwangerschaftstest.

Der Test schlägt während der akuten Phase der Infektion an und gilt als unzuverlässiger als PCR-Tests. Ein positives Ergebnis eines Antigen-Tests sollte durch einen PCR-Test bestätigt werden. Der Vorteil der Antigen-Schnelltests ist - wie der Name schon verrät -, dass die Testergebnisse relativ schnell verfügbar sind und zwar in 15 bis 30 Minuten.

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Österreichweit richtet sich der Gültigkeitszeitraum von Testzertifikaten nach der Art der Testung. PCR-Tests und andere molekularbiologische Tests (z.B. LAMP) sind laut Gesundheitsministerium 72 Stunden ab dem Testzeitpunkt gültig. Das gilt sowohl für selbst durchgeführte PCR-Tests (Gurgeltests) als auch für PCR-Tests, die von befugten Stellen (Teststraße, Apotheke etc.) durchgeführt wurden.

Im Unterschied dazu gelten Antigen-Tests nur dann 72 Stunden ab dem Testzeitpunkt, wenn sie durch befugte Stellen erfolgt sind. Ansonsten sind sie für 24 Stunden ab dem Testzeitpunkt gültig.

Achtung, die Regelungen der Bundesländer können davon abweichen:
Regelungen zur Gültigkeitsdauer von Testzertifikaten und -nachweisen in den einzelnen Bundesländern

Weiterführender Link:
Aktuelle Informationen über Reisebeschränkungen und die Gesundheitslage in EU-Ländern

Im Sommer 2022 wurden die Corona-Maßnahmen gelockert: 3-G-Nachweise (Geimpft, Getestet oder Genesen) benötigen unter anderem nur noch Besucher:innen, Mitarbeiter:innen und Dienstleister:innen in Kranken- und Kuranstalten, Alten- und Pflegeheimen oder stationären Wohneinrichtungen der Behindertenhilfe.

Folgende Dokumente gelten laut Gesundheitsministerium als 3-G-Nachweis:

• Testzertifikat

• Nachweis einer befugten Stelle über einen PCR- oder Antigen-Test

• Nachweis über einen Antigen-Test zur Eigenanwendung, der in einem behördlichen Datenverarbeitungssystem erfasst wurde