PCR-Test zum Nachweis von Corona

Corona-Test: Wie der PCR-Test funktioniert und wie zuverlässig er ist

Der PCR-Test ist die beste Methode, um zu prüfen, ob du Corona hast. Die PCR kann nämlich kleinste Spuren von Viren-Erbgut im Nasen-Rachen-Abstrich nachweisen. Doch zuerst muss sie das genetische Material vervielfältigen. Wie die PCR abläuft und was falsch-positiv bedeutet. Im Clip: Wie ist die Arbeit als Corona-Tester?
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PCR: Das Wichtigste zum Thema

  • Der PCR-Test ist das zuverlässigste Verfahren zum Nachweis einer Corona-Infektion. Der Test weist Virus-Genom, also Virus-Erbgut, in Nasen-Rachen-Abstrichen nach.

  • Wie der Name vermuten lässt, beruht der PCR-Test auf einer PCR. Die PCR ist ein Verfahren zur Vervielfältigung von DNA-Abschnitten. PCR steht für Polymerase-Chain-Reaction (Polymerase-Kettenreaktion).

  • Das Verfahren ist aus dem Labor nicht wegzudenken, da man für den Nachweis von DNA ebenso wie zu deren Weiterverarbeitung große DNA-Mengen benötigt. Ohne PCR wären auch die winzigen Spuren an Corona-Viren-Erbgut auf dem Test-Wattestäbchen nicht nachweisbar.

  • Die PCR dient zum Nachweis von Virus-Infektionen, anderer Krankheitserreger, genetischer Erkrankungen, der Vaterschaft, Kriminalverbrechen oder gefälschter Lebensmitteln. Auch Gene kann man mit ihrer Hilfe klonen.

  • Für eine PCR braucht es 4 Zutaten: DNA, Primer, Nukleotide und das Enzym DNA-Polymerase. Das Erbgut von Corona-Viren besteht aus RNA. Diese muss vor der PCR in DNA umgewandelt werden. Das erledigt das Enzym Reverse Transkriptase.

  • Während einer PCR laufen 30 bis 50 Zyklen. Ein Zyklus besteht aus Denaturierung, Hybridisierung und Elongation. Das Ganze dauert 4 bis 5 Stunden. Mehr dazu unten.

  • 1983 entwickelte der US-Biochemiker Kary Mullis die PCR. 1993 bekam er dafür den Nobelpreis.

PCR-Test Ablauf: Der zuverlässigste Corona-Test

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    Der PCR-Test ist aktuell die beste Methode zum Nachweis einer Corona-Infektion. Er zeigt an, ob und wie viel Corona-Viren-Erbgut im Abstrich aus dem Mund-, Nasen- und/oder Rachenraum vorhanden ist.

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    Die Probe entnimmt der Arzt oder Mitarbeiter im Testzentrum mit einem langen Wattestäbchen. Dieses wird danach in ein Test-Kit gesteckt und ins Labor geschickt.

  • Das Testergebnis ist frühestens 6 Stunden nach der Abstrich-Entnahme da. Bei hohem Testaufkommen dauert es teils auch Tage.

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    Ist das Ergebnis der PCR positiv, war Corona-Virus-Erbgut in der Probe. Die Person hat mit höchster Wahrscheinlichkeit Corona.

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    Alle Infos zur Teststrategie in Deutschland findest du beim Robert Koch-Institut.

So wirkt der Corona-Virus im Körper

Corona, Grippe, Windpocken und Co.: Viren sind raffinierte Gegner für unseren Körper und das, obwohl sie gar keine Lebewesen sind. Sie vermehren sich auf eine andere, teuflische Weise.

Um die PCR zu verstehen, musst du den DNA-Aufbau kennen

DNA besteht aus einem Doppelstrang aus Nukleotiden. Es gibt 4 verschiedene Nukleotide: alle besitzen ein Phosphat, einen Zucker und eine von 4 Basen (Adenin, Guanin, Thymin, Cytosin). Die 2 DNA-Einzelstränge sind über Wasserstoff-Brückenbindungen zwischen den Basen verbunden. Ähnlich wie bei Puzzleteilen passen nur bestimmte Basen zueinander. Die Base Adenin kann mit Thymin und Cytosin mit Guanin verbunden sein. Man spricht von Basenpaaren.

PCR-Methode - so funktioniert's

Schritt 1: Vorbereitung der Probe

In ein kleines Plastikgefäß mit etwas wässriger Lösung gibt man die zu vervielfältigende DNA, freie Nukleotide, DNA-Polymerase und Primer. Die DNA-Polymerase ist ein Enzym, das die Nukleotide zu einem DNA-Strang verknüpfen kann. Das Plastikgefäß mit allen Zutaten kommt dann in den Thermocycler. Dies ist ein Gerät, das heizen und kühlen kann.

👉Besonderheit bei einer PCR mit RNA: Das Erbgut der Corona-Viren liegt nicht als DNA, sondern als einzelsträngige RNA vor. Da die Polymerase nur DNA vervielfältigen kann, wird die RNA im Plastikgefäß zuerst mithilfe des Enzyms Reverse Transkriptase (RT) in DNA umgeschrieben. Die Corona-PCR ist deswegen keine normale PCR, sondern eine RT-PCR.

Schritt 2: Denaturierung

Die Proben werden auf rund 95°C erhitzt. Dadurch lösen sich die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basenpaaren in der Ausgangs-DNA. Der DNA-Doppelstrang wird in 2 Einzelstränge getrennt. Du kannst dir das vorstellen, wie ein Reißverschluss, der durch das Verfahren in 2 Teile getrennt wird.

Schritt 3: Primer-Hybridisierung (Anlagerung der Primer)

Bei rund 45 bis 68°C legen sich die Primer an die gewünschte Stelle der DNA-Einzelstränge. Sie zeigen der DNA-Polymerase, wo sie mit der Arbeit beginnen soll. Wenn die gesuchte RNA bzw. DNA nicht in der Probe enthalten ist, dann können die Primer auch nirgends andocken. Die DNA wird dann auch nicht vervielfältigt. Ein Corona-PCR-Test fällt negativ aus.

Primer bestehen meist aus 18 bis 30 Nukleotiden. Sie werden für Tests wie den Nachweis von Corona-Viren-Erbgut extra entworfen (Primerdesign). Die Primer passen auf ein ganz bestimmtes Gegenstück auf der DNA, die vervielfältigt werden soll.

Schritt 4: Elongation (Polymerisation, Amplifikation, Verlängerung der DNA)

Die Temperatur wird auf rund 70°C erhöht. Dadurch beginnt die DNA-Polymerase an den Primern, die passenden Nukleotide anzulagern. Die DNA wird also wieder zu einem Doppelstrang ergänzt. Aus 2 Einzelsträngen entstehen 2 Doppelstränge.

30 bis 50 Zyklen

Danach beginnt alles von vorne: Die DNA wird wieder in Einzelstränge getrennt und zu einem Doppelstrang ergänzt. Pro Zyklus steigt die Zahl der DNA-Doppelstränge exponentiell (1-2-4-8-16…). Nach circa 30 bis 50 Zyklen steht genügend DNA zur Analyse zur Verfügung.

❗❗War in der Probe kein Virus-Erbgut, entstehen auch keine Kopien davon: Die Probe ist negativ und die Person hat keine Corona-Infektion.

PCR-Ablauf

FAQ: PCR-Test bei Corona und PCR im Allgemeinen

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    Was bedeutet PCR?

    PCR ist die Abkürzung für Polymerase-Chain-Reaction, im Deutschen Polymerase-Kettenreaktion.

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    Wer sollte einen PCR-Test machen?

    Personen mit schweren Atemwegssymptomen wie Atemnot oder Bronchitis, Fieber, Geruchs- und Geschmacksverlust, Husten, Schnupfen oder Halsschmerzen. Personen, die innerhalb der letzten 14 Tage Kontakt mit jemanden hatten, bei dem im Labor Corona bestätigt wurde (Kontaktperson 1). Jeder, den die Corona-Warn-App über einen positiven Kontakt informiert. Reiserückkehrer aus einem Risikogebiet. Zudem sollte ein positives Ergebnis beim Antigentest mittels PCR-Tests bestätigt werden.

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    Wie funktioniert eine PCR? Wie läuft die PRC ab?

    Bei der PCR werden im Thermocycler DNA-Abschnitten vervielfältigt, um etwa das Erbgut von Corona-Viren in einer Probe nachzuweisen. Während einer PCR wiederholt sich ein Zyklus 30 bis 50-mal. Er besteht aus Denaturierung, Hybridisierung und Elongation.

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    Wie lange dauert eine PCR? Wie lange muss man auf das Ergebnis des PCR-Tests warten?

    Die reine Testzeit beträgt 4 bis 5 Stunden. Die Zeit zwischen der Probenentnahme und der Mitteilung des Ergebnisses kann jedoch 1 bis 2 Tage oder länger dauern.

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    Wie sicher ist das Ergebnis einer PCR?

    Die Spezifität und Sensitivität sind bei der klassischen PCR relativ hoch. Das heißt falsch-positive und falsch-negative Testergebnisse sind sehr selten.

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    Heißt ein positiver Corona-Test, dass man erkrankt ist?

    Nein, ein positives Ergebnis zeigt nur, dass man mit Corona-Viren infiziert ist. Du kannst daran erkranken und andere womöglich anstecken. Das ist unter anderem von der Viruslast abhängig, die der CT-Wert anzeigt. Dieser kann bei der Einschätzung der Infektiosität des Patienten helfen, nicht aber als alleiniges Kriterium herangezogen werden.

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    Was bedeutet der CT-Wert bei der PCR?

    Der CT-Wert (cycle threshold) zeigt, wie viele Zyklen in der PCR nötig waren, um Corona-Viren-Erbgut in der Probe nachzuweisen. Ist beispielsweise der CT-Wert 30, mussten 30 Zyklen laufen bis überhaupt Virus-Erbgut nachweisbar wurde. Sind nur wenig Zyklen nötig, ist die Viruslast sehr hoch - der CT-Wert entsprechend klein.

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    Was sind PCR-Schnelltests?

    PCR-Schnelltests basieren ebenfalls auf der Polymerase-Kettenreaktion und weisen Erbgut des Corona-Virus nach. Im Gegensatz zur PCR ist der Schnelltest außerhalb eines Labors möglich. In einer kleinen Kartusche sind bereits alle Materialien enthalten. Das Ergebnis ist nach rund 2,5 Stunden fertig. Der PCR-Schnelltest ist weniger zuverlässig als die PCR und zeigt die Virusmenge nicht an. Es gibt 3 Ergebnisse: positiv, negativ, unklar. Ist das Ergebnis positiv, ist der Getestete mit hoher Sicherheit ansteckend. PCR-Schnelltests kommen in Ambulanzen, Notaufnahmen und Pflegeeinrichtungen zum Einsatz.

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    Welche Corona-Testverfahren gibt es?

    Akute Infektionen können mit einem PCR-Test, PCR-Schnelltest, Antigentest, Corona-Selbsttest (auch ein Antigentest) nachgewiesen werden. Ein Antikörpertest dagegen zeigt, ob eine Person bereits Corona hatte – nicht aber, ob die Person noch infektiös ist, wann die Infektion war und ob ein Immunschutz vor einer erneuten Infektion besteht. Bei vielen Patienten scheint außerdem die Antikörperanzahl schnell zu sinken.

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    Wofür wird die PCR eingesetzt?

    Die PCR in der Diagnostik dient dem Nachweis von Virusinfektionen, genetischen Krankheiten, der Vaterschaft, Kriminalverbrechen oder gefälschten Lebensmitteln. Ferner können Gene mit der PCR geklont werden.

PCR-Test: Spezifität und Sensitivität - so zuverlässig sind die Corona-Tests

Besonders zuverlässig sind PCR-Tests mit einer hohen Spezifität und einer hohen Sensitivität. Die Fehlerrate dieser PCRs sind sehr gering.

PCR-Tests: Spezifität

  • Die Spezifität (= Zielgenauigkeit) zeigt, ob alle gesunden Personen, auch als gesund erkannt werden. Je nach Test liegt die Spezifität bei mindestens 99 Prozent.
  • Das heißt: Der PCR-Test zeigt 99 von 100 Gesunden als gesund an. Eine Person erhält ein positives Testergebnis, obwohl sie nicht infiziert ist. Man spricht auch von falsch-positiven Testergebnissen.

PCR-Tests: Sensitivität

  • Die Sensitivität (= die Empfindlichkeit) zeigt, ob alle kranken (infizierten) Personen auch als krank erkannt werden. Bei Corona-PCR-Tests liegt sie bei mindestens 98 Prozent.
  • Das heißt: Die PCR erkennt 98 von 100 Infizierten. 2 Personen erhalten ein negatives Testergebnis, obwohl sie infiziert sind. Man spricht auch von falsch-negativen Testergebnissen.

PCR: Fehlerquellen

Am Anfang und beim Abklingen einer Corona-Infektion ist die Viruslast niedrig und falsch-negative Ergebnisse möglich. Ebenso bei unkorrekter Probeentnahme, Lagerung und Transport.

Teils ist die Sensitivität öfter noch die Spezifität daher nicht ganz so hoch wie von den PCR-Herstellern angegeben. Es geht hier aber nur um eine Abweichung von wenigen Prozent. Besonders sensitiv sind sogenannte Multiplex-PCRs. Sie untersuchen die Probe auf mehrere Gene.

Vortestwahrscheinlichkeit

Neben der Sensitivität und Spezifität eines PCR-Tests ist auch die Vortestwahrscheinlichkeit entscheidend - also das geschätzte Risiko einer Person für eine Corona-Infektion.

Hatte die Person etwa engeren Kontakt mit einem Infizierten, ist sie hoch. In diesem Fall ist ein positives PCR-Test-Ergebnis beinah zu 100 Prozent korrekt. Ist die PCR negativ, ist ein zweiter Test angebracht.

Real-Time-PCR (Echtzeit-PCR)

Bei den Corona-PCR-Tests handelt es sich zusätzlich um eine sogenannte Real-Time-PCR (Echtzeit-PCR): Während des Kopiervorgangs werden die gesuchten DNA-Abschnitte, also bestimmte Corona-Virus-Genabschnitt, mit einem Fluoreszenz-Farbstoff markiert.

Die Fluoreszenz wird von einem Spektrometer gemessen und als Kurve am Computer angezeigt. So ist in Echtzeit erkennbar, ob und wie viele DNA-Kopien bereits entstanden sind.

CT-Wert

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    Der CT-Wert (cycle threshold, Schwellenwert Zyklus) ist die Anzahl der bereits durchlaufenen PCR-Zyklen, nach denen ein positives Fluoreszenz-Signal aufgezeichnet wurde. Je höherer der PCR-CT-Wert, also je später das positive Signal auftritt, umso weniger Virus-Erbgut war in der Probe.

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    Nachdem der CT-Wert der PCR mit einem Referenzwert abgeglichen wurde, ist eine Umrechnung in RNA-Kopien-Anzahl möglich. Aus diesem Wert kann der Arzt Rückschlüsse über die Ansteckungsfähigkeit ziehen. Liegt die Zahl unter 1.000.000 Kopien pro Millimeter kann über eine Entlassung aus der Isolierung nach schwerer Infektion nachgedacht werden.

  • Der beim PCR-Test ermittelte CT-Wert gibt jedoch nur einen Hinweis auf die Infektiosität des Patienten. Es kann nämlich sein, dass in der Probe durch falsche Entnahme oder Lagerung wenig Viren waren, im Körper aber noch viele sind.

Veröffentlicht: 19.03.2021 / Autor: Larissa Melville