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Links ein Antigen-Schnelltest, rechts ein Antikörper-Schnelltest. Einige können bereits nach 10-15 Minuten ein Testergebnis liefern.

Die luxemburgische Gesundheitsbehörde hat heute 75.000 Covid-19 Antigen Schnelltests erhalten. Neben den klassischen PCR-Tests sollen diese Tests zunächst prioritär in Krankenhäuser und Altersheimen zum Einsatz kommen, um mögliche Infektionen mit SARS-CoV-2 leichter und vor allem schneller zu identifizieren.

Was erkennen diese Tests? Was ist der Unterschied zu klassischen PCR-Tests? Und was ist der Unterschied zwischen Antigen- und Antikörper-Schnelltests? In diesem Artikel bieten wir einen Überblick über die verschiedenen Testmethoden, wie sie funktionieren, und wann.

Antigen-Schnelltests

Antigen-Schnelltests können einen Hinweis auf eine akute, aktive Infektion geben.

Anders als bei PCR-Tests, die in Nasen- oder Rachenabstrichen nach RNA (viralem Erbgut) von SARS-CoV-2 suchen, detektieren diese Tests charakteristische Fragmente eines viralen Proteins, sogenannte „Antigene“. Zum Beispiel des „S“-Proteins – den „Zacken“ in der „Krone“ von SARS-CoV-2, also in der „Hülle“, die das Virus ummantelt. Oder des „N“-Proteins („N“ steht für „nucelocapsid“), das um das virale Erbgut liegt.  Die SARS-CoV-2 RAPID ANTIGEN Schnelltests von Roche, die in einer ersten Phase in Luxemburg zum Einsatz kommen, erkennen Fragmente des „N“-Proteins.

Bezogen auf Erreger sind Antigene Proteine oder Fragmente von Proteinen, die Bestandteil eines Erregers sind und vom Immunsystem identifiziert werden können. Weitere Infos zu Antigenen in diesem Corona-Glossar.

Die meisten Antigen-Schnelltests sind sogenannte „Lateral Flow“ oder Immun-Chromatographie Testverfahren, die ähnlich wie ein Schwangerschaftstest funktionieren. Daneben gibt es auch Schnelltests, die auf Chemilumineszenz oder Fluoreszenz basieren. Diese benötigen allerdings spezielle Geräte, um die Tests auswerten zu können.

Wie funktioniert ein Covid-19 Antigen-Schnelltest im Lateral-Flow Format?

Mit einem Tupfer wird ein Nasen- oder Rachenabstrich gemacht, der dann in eine Extraktionslösung getaucht wird (Abbildung 1). Diese Lösung dient dazu, Zellen aufzubrechen und Virus bzw. virales Protein freizusetzen. Ein paar Tropfen des Extraktes werden dann in den dafür vorgesehenen Bereich der Testkassette gegeben. Die Flüssigkeit wird dann im Innern der Testkassette mittels Kapillarkraft an einem Teststreifen entlang transportiert. Erscheinen nach 10-30 Minuten zwei farbige Linien im Testfenster der Kassette, ist der Test positiv. So funktioniert auch der Roche RAPID ANTIGEN Test. Das Gesundheitsministerium fordert allerdings, dass Schnelltests exklusiv mit Extrakten aus Nasenabstrichen durchgeführt werden.

Abbildung 1. Überblick, wie ein Antigen-Schnelltest im Lateral Flow Format in der Praxis funktioniert und welche Ergebnisse er liefern kann.

Was passiert genau im Innern der Testkassette? Dazu ist es nützlich zunächst den Aufbau einer Testkassette zu kennen. Das Innere der Testkassette besteht aus einem Teststreifen aus speziellem Papier oder anderem Material, das die Probe aufsaugen und mittels Kapillarkraft entlang des Teststreifens transportieren kann. Der Teststreifen ist in unterschiedliche Bereiche aufgeteilt, in denen die Probe in Kontakt mit Reagenzien kommt, die sich auf dem Teststreifen befinden.

Abbildung 2. Innenaufbau einer Testkassette bei einem Antigen-Schnelltest im Lateral-Flow-Format.

In der Abbildung 3 wird gezeigt, was im Innern der Testkassette im Falle einer positiven (linke Spalte) und einer negativen Probe (rechte Spalte) passiert. Die Probe kommt zunächst in Kontakt mit Antikörpern (Y1 in Abbildung 3, grau), die Antigene (Proteinfragmente) von SARS-CoV-2 erkennen und sich daran binden. Falls die Probe positiv ist, werden diese Y1-Antigen-Komplexe mit der Flüssigkeit weiter hinein in das Testfeld transportiert. Hier erkennen andere Antikörper (Y2 in Abbildung 3, hellblau) das gleiche SARS-CoV-2 Antigen und binden dieses wiederum.

Die Y1-Antigen-Komplexe, die sich im ersten Bereich gebildet hatten, werden somit  im Testbereich/Testfenster festgehalten.  Der Antikörper Y1 ist mit einem Label versehen (z.B. Gold-Nanopartikel, pink in der Abbildung), der durch eine biochemische Reaktion farbig wird. Dadurch erscheint dann im Testfenster der Kassette eine farbige Linie (bei T in Abb. 3).

In einem zweiten Feld, dem Kontrollfeld, werden überschüssige Antikörper Y1 mit dem Label durch andere Antikörper (Y3 in Abbildung 3, violett) festgehalten, die nicht mit Virus-Antigen reagiert haben. Dadurch entsteht in dem Testfenster eine zweite farbige Linie (bei C in Abb.3). Sie dient als Kontrolle, ob der Test richtig funktioniert hat - nämlich indem sie einen Hinweis darauf liefert, dass die Probe tatsächlich mittels Kapilarkraft hochgewandert ist. Im Falle einer negativen Probe, in der kein Virusmaterial ist, verfärbt sich also nur diese zweite Kontrolllinie (Abb. 3, rechte Spalte).

Abbildung 3. Was im Innern einer Testkassette passiert im Falle einer positiven (links) und einer negativen Probe (rechts).

Antigen-Schnelltests haben einige Nachteile: So reagieren manche Tests nicht nur auf SARS-CoV-2, sondern auch auf andere, harmlose Arten von Coronaviren. Und sie sind weniger zuverlässig als die bislang standardmäßig genutzten PCR-Tests, die immer noch als Referenzmethode für die Labordiagnose gelten. Doch dem gegenüber stehen zwei klare Vorteile: Schnelligkeit und Einfachheit. So liegt das Resultat eines Antigen-Schnelltests in der Regel nach weniger als eine Stunde vor, und für die Untersuchung der Proben ist keine aufwendige Analyse im Labor erforderlich. Bei einem klassischen PCR-Test dauert es einige Stunden oder sogar Tage, bis ein Ergebnis vorliegt.

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Wie zuverlässig sind die Antigen-Schnelltests?

Die Zahl der angebotenen Testprodukte wächst rapide. Das zeigt beispielsweise eine Liste, die das deutsche Bundesamt für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) im Internet veröffentlicht hat. Dort sind – stets aktuell – alle der Behörde bekannten Antigen-Schnelltest-Produkte aufgeführt. Mitte November umfasste die Liste mehr als 170 Artikel. Wenige Tage zuvor waren es noch rund 100 Testprodukte gewesen.

Deren Qualität lässt sich durch zwei statistische Größen bemessen: der Sensitivität und der Spezifizität. Die Sensitivität gibt an, welcher Anteil der Infizierten unter den getesteten Personen auch als solche nachgewiesen werden. Die Spezifizität dagegen beschreibt, welcher Prozentsatz der gesunden Personen auch als gesund erkannt werden. Die von den Herstellern angegebenen Werte dieser beiden Größen liegen zwischen 84,0 und 98,75 Prozent bei der Sensitivität beziehungsweise zwischen 96,70 und 100 Prozent bei der Spezifizität. Allein 34 der vom BfArM aufgelisteten Produkte haben laut Hersteller eine Spezifizität von 100 Prozent, wenn auch mit einer gewissen statistischen Unsicherheit.

Darunter ist auch der Test mit dem Markennamen „Sofia 2 SARS Antigen FIA“ des kalifornischen Unternehmens Quidel. Er war der erste am Markt zugelassene Antigen-Schnelltest. Als er im Mai 2020 von der US- Aufsichtsbehörde FDA die Zulassung für die Vereinigten Staaten erhielt, gab Quidel neben einer 100-prozentigen Spezifität eine Sensitivität von 80 Prozent an. Inzwischen wurde das Produkt offenbar weiterentwickelt und verbessert: Seine Sensitivität beträgt nun 96,70 Prozent. Noch deutlich darüber liegt mit 98,72 Prozent der Wert des in Hinblick auf die Sensitivität besten Tests: „SARS Covid-2 Antigen Rapid Test Kit (Colloidal Gold)“ des chinesischen Herstellers JOYSBIO aus Tianjin. Die geringste Sensitivität weist ein amerikanisches Produkt auf: „Veritor System for Rapid Detection of SARS CoV-2“ der Firma Becton Dickinson and Company aus Sparks im Bundesstaat Maryland. Die geringste Spezifizität bietet „bink COVID-19 Antigen Rapid Test“ von Hangzhou Alltest BioTech aus Hangzhou in China.

Das Qualitätsniveau der meisten Testprodukte auf dem Markt ist recht gut und übertrifft die von Experten als wünschenswert angesehenen Qualitätswerte – mindestens 90 Prozent Sensitivität und 99 Prozent Spezifizität. Dennoch bleiben sie hinter der Verlässlichkeit eines Infektionsnachweises durch einen PCR-Test zurück, deren Anbieter oft für beide Größen mehr als 99 Prozent angeben.

Laut Hersteller hat der SARS-COV-2 RAPID ANTIGEN Schnelltest, der zunächst in Luxemburg zum Einsatz kommen wird, eine analytische Spezifizität von 99,68% und eine Sensitivität von 96,52%. In einer unabhängigen Evaluierung des Tests lag die Spezifizität bei 98,53%.

Die meisten Antigen-Schnelltests basieren auf der Untersuchung von Abstrichen aus Nase oder Rachenraum. Doch es gibt auch andere Produkte. So bietet das Biotechnologieunternehmen SchBo Biotech aus dem hessischen Gießen seit Kurzem einen Test an, der neben Abstrichen auch Blutproben analysieren kann. Das liefert laut Hersteller einen treffsichereren Hinweis auf eine Erkrankung: Denn eine positive Probe von Blutserum zeigt klar, dass die Viren in den Körper eingedrungen sind – während ein positives Testergebnis bei einem Abstrich aus Nase oder Rachen nur belegt, dass sich Spuren von SARS-CoV-2 auf den Schleimhäuten befinden. Sensitivität und Spezifizität sind mit 96,77 und 98,94 vergleichbar zu den Werten anderer Antigen-Schnelltests. Allerdings: Während bei Antigen-Schnelltests an Speichelproben das Resultat direkt durch die Verfärbung eines Teststreifens erkennbar ist, nutzt der Test von ScheBo Biotech ein Fluoreszenzeffekt – und der ist nur in ultraviolettem Licht sichtbar.

Genau wie PCR-Tests liefern alle Antigen-Schnelltests aber nur einen Hinweis, keinen Beweis, ob man vermehrungsfähiges Virus in sich trägt und somit ansteckend für andere ist. Ebenfalls unklar bleibt, ob Antigen-Schnelltests Virus zuverlässig bei Infizierten mit asymptomatischen oder mildem Krankheitsverlauf detektieren kann.

Was sagt ein Experte zum Thema Antigen-Schnelltests? Mehr dazu im Interview mit dem Luxemburger Virologen Prof. Claude P. Muller:

Antikörper-Schnelltests

Nach einem ähnlichen Prinzip wie die Antigen-Schnelltests funktionieren auch Antikörper-Schnelltests, die auf dem Lateral Flow Prinzip basieren. Nur wird in diesem Fall ein Tropfen Blut auf den Teststreifen gegeben, um zu untersuchen, ob die Testperson Antikörper gegen SARS-CoV-2 gebildet hat. Wie dieser Test funktioniert, ist in diesem Video (auf Englisch) gut veranschaulicht:

Im Rahmen einer Immunantwort gegen das Coronavirus bildet unser Körper normalerweise zunächst sogenannte IgM-Antikörper, danach IgG-Antikörper. Bei Covid-19 wurde die Herstellung dieser beiden Antikörper-Typen auch gleichzeitig beobachtet. IgM-Antikörper konnten in Ausnahmefällen schon 4 Tage nach Symptombeginn in einer Blutprobe nachgewiesen werden. In den meisten Fällen werden sie aber erst in der zweiten Woche nach Auftreten von Symptomen detektiert, also zu einem Zeitpunkt, an dem viele Patienten mit mildem Verlauf kaum noch ansteckend sind. Aus diesem Grund werden Antikörpertests allgemein auch vom Robert Koch Institut für die Diagnostik von akuten Infektionen nicht empfohlen.

Antikörper-Tests können nachträglich einen Hinweis auf Kontakt mit dem Virus liefern

Dieser Test hat ein anderes Ziel, nämlich Personen zu identifizieren, die in der Vergangenheit mit dem Virus in Kontakt waren bzw. deren Körper als Immunantwort gegen das Virus Antikörper gebildet hat. Antikörper-Tests können demnach Hinweise liefern, welcher Bruchteil einer Bevölkerungsgruppe bereits – bewusst oder unbewusst – in Kontakt mit dem Virus war, egal ob sie zum Zeitpunkt der Infektion davon wusste oder nicht. Momentan ist allerdings noch nicht klar, wie lange Antikörper gegen SARS-CoV-2 bestehen bleiben, und ob Personen mit Antikörpern gegen eine zukünftige erneute Infektion mit dem gleichen Virus geschützt sind. Deshalb können Antikörper-Tests nicht die genaue Dunkelziffer der Infektionen bestimmen.

Andere Schnelltests

Es gibt auch mittlerweile PCR-Schnelltests, die genau wie herkömmliche PCR-Tests funktionieren, nur dass sie Ergebnisse innerhalb kürzerer Zeit liefern. Hierfür werden allerdings spezielle, teure Geräte benötigt.

Und dann gibt es auch bereits sogenannte Kombi-Schnelltests auf dem Markt, die versprechen mit einem Test drei Antworten liefern zu können. Nämlich: hat der Getestete Covid-19, die Grippe oder doch nur eine Erkältung? Auf zwei separaten Teststreifen wird jeweils eine Probe des gleichen Abstrichs aus Nase oder Rachen gegeben. Im Lateral-Flow-Format wird dann untersucht, ob SARS-CoV-2 und/oder Protein-Antigen des Influenza-Virus Typ A oder B vorhanden sind. Diese Art von Test könnte helfen, diese Erkrankungen mit teilweise ähnlichen Symptomen schneller zu diagnostizieren.

Mehr Infos zu Tests

Die verschiedenen Testmethoden sind als komplementär zu betrachten. Welcher Test der „Beste“ ist hängt davon ab, welche Frage man beantworten möchte, wie präzise der Test sein muss, iwe schnell es gehen muss und welche Mittel zur Verfügung stehen. Jeder Test kann, sinnvoll eingesetzt,seine Rolle in der Bekämpfung der Pandemie spielen. Mehr dazu in folgendem Artikel:

Autoren: Michèle Weber (FNR), Ralf Butscher (scienceRELATIONS)
Illustrationen: Michèle Weber (FNR)
Editoren: Jean-Paul Bertemes, Melanie Reuter, Linda Wampach (FNR)

 

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