Wissenschaftlicher Hintergrund

Seit uns die COVID-19-Pandemie im Griff hat, kennt das Verfahren fast jeder von uns: die quantitative RT-PCR. Während meiner ärztlichen Aus- und Weiterbildung am Universitätsklinikum Heidelberg vor 20 Jahren brachte die Mannheimer Firma Boehringer die ersten „Online-PCR-Geräte“ auf den Markt, die mittlerweile weltbekannten LightCycler. Nach der Übernahme durch den Roche-Konzern setzte sich diese Technologie rasant durch. Das Potenzial dieses eleganten und hochempfindlichen Verfahrens habe ich damals sofort erkannt. Mein damaliger Chef und Klinikleiter Professor Wolfgang Stremmel ließ sich 1999 schnell überzeugen, einen der ersten LightCycler zu erwerben. In der Folgezeit entwickelten wir die ersten genetischen „Multiplex-Testverfahren“ zum molekulargenetischen Nachweis der Eisenspeicherkrankheit Hämochromatose, einer der häufigsten Erbkrankheiten. Die größere Herausforderung war aber die Entwicklung der quantitativen RT-PCR. Nach mühevollen Anfängen waren wir dann als eine der Ersten weltweit in der Lage, die sogenannte Genexpression in einzelnen menschlichen Zellen zu messen. Winzige Reste aus Gewebeproben der Leber waren schließlich ausreichend, um die Ursache (Pathogenese) der Hämochromatose herauszufinden: eine gestörte Regulation des Eisenhormons Hepcidin (Gehrke et al., Blood 2003).

Innovative SARS-CoV-2 PCR-Tests

Im kurzfristig abgesagten Osterurlaub 2020 war viel Zeit, um sich Gedanken zu machen. Dank der ebenfalls geschlossenen Mülldeponie war Entrümpelung keine Alternative zur geplanten Urlaubsreise. Kurzum kam dann die COVID-Idee: es muss doch einfacher, schneller, günstiger und empfindlicher gehen, als mit den verhassten Rachenabstrichen. Die Idee einer schnellen „Direkt-PCR“ aus Rachenspülwasser und Raumluft-Aerosolen war geboren. Nach 14 Tagen stand das einzige gentechnische Sicherheitslabor (S2-Labor) in einer normalen Arztpraxis (bzw. oberhalb davon) mit mittlerweile drei PCR-Maschinen (Roche LightCycler). Die Umsetzung des Plans war dann aber schwieriger als gedacht. SARS-CoV-2 ist ein komplexer Gegner. Trotz aller Widerstände war im Spätsommer/Herbst 2020 der erste PCR-Test aus Gurgelwasser reif für die Routine-Diagnostik, allerdings noch zeitaufwendig und teuer. Das Sammeln kontaminierter (virusverseuchter) Wassertröpfchen aus der Raumluft (Aerosole) funktionierte dagegen auf Anhieb und mit einer sehr einfachen Technik. An der richtigen Stelle positioniert, können einfache Aerosol-Kältefallen infizierte Personen erkennen. Außerdem fanden sich größere Virusmengen in unbelüfteten Ecken sowie an Stellen mit einem Kamineffekt (z.B. Heizkörper oder Rolltreppenschacht). Die vereinfachte PCR-Diagnostik aus Gurgelwasser gelang dann erst nach intensiver Forschung. Mittlerweile ist dieses RT-PCR-Verfahren derart optimiert, dass SARS-CoV-2 direkt und ohne zeitaufwendige Vorbereitung (RNA-Fällung) aus Gurgelwasserproben bestimmt werden kann. Das spart Zeit und Kosten bei jedem Test: 2 Minuten für die Probenvorbereitung und 2 EUR Materialkosten. Die hochsensitive quantitative RT-PCR über 75 Minuten erfüllt dabei die WHO-Vorgaben für eine SARS-CoV-2 PCR-Diagnostik (Nachweisgrenze < 3 Viren/PCR).

Ganzheitliche Diagnostik und Therapie

Je empfindlicher ein Testverfahren, desto höher die Wahrscheinlichkeit „falsch positiver“ Ergebnisse. Das liegt ganz einfach in der Natur der Sache und ist in der medizinischen Diagnostik vollkommen normal. Zugegebenermaßen ist die weitläufige Kritik an falsch positiven SARS-CoV-2-PCR-Tests nicht unbegründet. Der „Fehler im System“ liegt aber nicht am Testverfahren an sich, sondern vielmehr an einer unzureichenden Test-Qualität oder an einer falschen Interpretation des Testergebnisses. Angenommen die Testperson hat kurz vor der Probenentnahme Kontakt zu einer infizierten Person gehabt und einzelne inaktive/tote Viruspartikel eingeatmet. Dann kann der PCR-Test schwach positiv sein, ohne dass eine Infektion vorliegt. Eine SARS-CoV-2-Infektion setzt die eigenständige Vermehrung der Viren voraus. Alles andere ist dann die sogenannte Kontamination, also der Nachweis toter oder inaktiver Viren ohne Krankheitswert. Der Labormediziner kann als „Dienstleister“ einen schwach positiven PCR-Befund nicht endgültig zuordnen. Jetzt kommt es auf die Interpretation des Testergebnisses an. Dafür sind zwei Faktoren besonders wichtig: 1. Der PCR-Test an sich muss eine gute Qualität haben (Nachweisgrenze mindestens 3 Viren/PCR-Test) und auch die Virusmenge bestimmen (orientierend erkennbar am sogenannten Ct-Wert). 2. bei geringer Virusmenge (in der Regel Ct-Wert 30-36 oder höher) muss eine ausführliche Befragung erfolgen (Anamnese). Nur auf diese Weise lässt sich feststellen, ob tatsächlich eine Infektion vorliegt. Bleibt der Befund unklar, sind Kontrollen sinnvoll und die Isolierung kann ggf. auch wieder aufgehoben werden.

Durch konsequente Befragung und Kontrollen konnten wir in den vergangenen Monaten umfangreiche Erfahrungen sammeln. Dabei zeigte sich, dass tatsächlich infizierte Personen in der Regel auch Beschwerden haben bzw. hatten, wenn auch nur sehr geringe wie leichte Gelenkschmerzen oder Kopfschmerzen. Schwach Positive ohne jegliche Beschwerden hatten häufig kurz vorher kurzen indirekten Kontakt zu infizierten Personen und die Kontroll-Untersuchungen (Tag 1 und Wiederholung Tag 3-5) waren nur selten positiv. Durch dieses Vorgehen konnten Ausbruchsgeschehen konsequent verhindert werden. Die Isolierungen waren konsequent aber verhältnismäßig und wurden von den Betroffenen daher auch anstandslos akzeptiert. Das galt auch für Einzelfälle mit ungewöhnlichen Varianten (z.B. Alpha mit zusätzlicher P227L-Mutation) und einer Verlängerung der Isolierung bei anhaltend positiven Ergebnissen.

Individuelle Vorgehensweisen waren auch bei infizierten Personen mit Beschwerden hilfreich. Bereits von Beginn der Pandemie an war klar, dass COVID-19 vor allem eine Gefäßerkrankung ist. Gefäßverschlüsse insbesondere in Lunge, Gehirn, Herz und den Beinen sind für die schweren Verläufe maßgeblich verantwortlich. Eine leichte Blutverdünnung (sogenannte prophylaktische bzw. „low dose“ Antikoagulation) ist nach Krankenhausaufnahme mittlerweile bewährter Standard. Im ambulanten Bereich haben wir bereits frühzeitig auf eine Blutverdünnung in kritischen Phasen gesetzt. Damit wurde bei sämtlichen Erkrankten eine Besserung der Symptome erreicht und eine Krankenhausbehandlung verhindert. Hinzu kam noch eine ausreichende Versorgung mit Vitaminen einschließlich Vitamin D, gerade in den Wintermonaten ohne Sonneneinstrahlung.