Diagnostik von Atemwegsinfektionen: Zeit der respiratorischen Erreger

Tabellarische Übersicht: Nachweissysteme respiratorsche Erreger

Die Saison der Atemwegserkrankungen hat wieder begonnen und eine zügige, exakte Diagnose ist essenziell, um Infektionsketten möglichst schnell zu unterbrechen und angemessen therapieren zu können. Das spiegelt sich auch bei den vorgestellten Produkten wieder: Mehr als die Hälfte sind Systeme für den Einsatz am Point of Care (POC). Aber auch Automaten für den mittleren bis hohen Durchsatz sowie On-Demand-Analysatoren für das Labor sind vertreten.

Aufkonzentrierung von Pathogenen aus Abwasser

Respiratorische Erreger lassen sich aus Nasen- und Rachenabstrichen, aus Speichel, Blut und Urin nachweisen. Dementsprechend finden sie sich auch im Abwasser wieder. Der Nachweis von Pathogenen aus dem Abwasser wird im Rahmen eines nationalen Pilotprojekts zur Pandemiebewältigung als Überwachungsmethode herangezogen [1]. Ein aktuelles Beispiel ist SARS-CoV-2. Dass dafür eine Aufkonzentrierung des nachzuweisenden Pathogens erforderlich ist, ist unschwer nachzuvollziehen. Magnetische und mit einem Hydro­gel beschichtete Perlen versprechen eine gegenüber der herkömmlichen Methode 20-fach schnellere Anreicherung von Viren und Bakterien. 

Antigennachweis am POC

Die Polymerasekettenreaktion (PCR) wird zwar gerne zur Identifizierung von Infektionserregern eingesetzt, aber ein Antigennachweis ist naturgemäß schneller, dafür jedoch in der Regel weniger sensitiv als die NAT-Verfahren. Gerade deshalb kann der Antigentest sehr sinnvoll sein, wenn die Erkrankung bereits voll ausgeprägt ist und von einem ausreichend hohen Antigenspiegel auszugehen ist. Die Therapie wird angepasst, aber auch Isolationsmaßnahmen können bedarfsgerecht eingeführt werden.

Zwei Unternehmen stellen ihre Lateral-Flow-Tests und die zugehörigen Ablesesysteme vor. Bei dem einen werden Legionella pneumophila Serogruppe 1 und Streptococcus pneumoniae aus dem Urin nachgewiesen. Die schnelle Abgrenzung einer Legionellen-Infektion zu einer Grippe- oder COVID-Erkrankung unterstützt die zielgerichtete Therapie. Der Schnelltest wird mit einem speziellen Lese­gerät ausgewertet. Das Ergebnis steht innerhalb von 15 Minuten fest. Durch die Auswertung mittels Ablesegerät erhöht sich die Sensitivität der Assays laut Herstellerangaben um das 10-Fache im Vergleich zur visuellen Auswertung.

Das zweite System erlaubt aus einem Nasen- oder Rachenabstrich eine Differenzierung zwischen SARS-CoV-2, Grippe und dem Respiratorischen Synzytial-Virus (RSV) und gibt ebenfalls nach 15 Minuten sein Ergebnis aus. Auch Einzeltests stehen zur Verfügung.

NAT-Systeme am POC

Ein Großteil der Systeme am POC verwendet ein Nukleinsäureamplifikationsverfahren (NAT) zum Nachweis der respiratorischen Erreger. Nahezu alle Hersteller setzen dabei auf eine klassische PCR; zwei verwenden isothermale Amplifikationsverfahren. Zum einen gibt es das LAMP-Verfahren (Loop-mediated Isothermal Amplification) für einzelne, besonders schnelle Tests. Hierbei ist das Design der sechs bis acht erforderlichen Primer aufwendiger als die eigentliche Amplifikation. Das Steuergerät des Systems kann sowohl die isothermale Amplifikation als auch die PCR verarbeiten.

Ein zweites System verwendet ein NEAR (Nicking Enzyme Amplification Reaction) genanntes Verfahren, bei dem die eingesetzte Polymerase die Auftrennung des neu gebildeten Nukleinsäure-Doppelstrangs gleich mit übernimmt [2].

Für die unterschiedlichen Systeme stehen sowohl Einzel- als auch Multiplex-Assays zur Verfügung. Die Multiplex-Assays variieren stark in der Anzahl der Targets, die sie verarbeiten können. Das Multiplexing wird zum syndromischen Testen eingesetzt, das seit Juli dieses Jahres besser abgerechnet werden kann und deshalb an Bedeutung gewinnt [3].

NAT-Systeme und Assaykits für die Labordiagnostik

NAT-Systeme für die Labordiagnostik erfüllen unterschiedliche Ziele: als Vollautomat für den mittleren bis hohen Durchsatz oder als On-Demand-Testsystem im Kartuschenformat für ein schnelleres Ergebnis, dann naturgemäß für eine deutlich geringere Probenzahl. Ein Kartuschensystem kann beispielsweise eingesetzt werden, um bei neu aufgenommenen Patient:innen zu klären, ob eine Isolierung erforderlich ist, oder um schnellstmöglich eine Therapie einleiten zu können.

Vier Hersteller von Vollautomaten für den mittleren bis hohen Durchsatz sind hier mit ihren Systemen vertreten. Vorgestellt werden Geräte mit klassischem PCR-Workflow, der sowohl automatisiert als auch manuell ablaufen kann (S. 300), genauso wie Systeme, die mehr oder weniger starke Modifikationen der Polymerasekettenreaktion oder eine isothermale Amplifikationsmethode verwenden (S. 305). Die isothermale Methode wird bereits seit Langem für das Screening und die Identifizierung von HPV-Subtypen (humanes Papillomvirus) eingesetzt. Nun kamen zahlreiche weitere Erreger – beispielsweise von respiratorischen Erkrankungen – zum Portfolio hinzu. Darüber hinaus lässt sich das System um ein PCR-Modul erweitern. Ein drittes Verfahren beinhaltet besondere Primer, ein viertes eine auf einer 3-Basen-Technologie beruhende chemische Modifikation der Nukleinsäuren.

Außerdem gibt es Assaykits, die auf verschiedenen PCR-Systemen laufen können. Diese lassen sich an die unterschiedlichen Bedürfnisse von Laboren anpassen. Multiplex-PCR, als Arrays für hochplexige Nachweise (S. 307), aber auch Einzeltests sind erhältlich. Auch die Erregerkombinationen sind unterschiedlich: Ob die vier häufigsten Erreger respiratorischer Infektionen oder 17 häufige virale Erreger, ob Pilze, Bakterien und Viren in einem Ansatz nachgewiesen werden, ist eine Entscheidung des Labors. Die Hersteller machen eine Vielzahl von Kombinationen möglich.

Referenzmaterial

Das Stichwort „Unabhängige Qualitätskontrollen“ fällt immer häufiger in unterschiedlichen Zusammenhängen. Besonders bei Infektionskrankheiten kann es auf jede Sekunde ankommen. Beim syndromischen Testen, aber natürlich auch bei Einzeltests hat die exakte Diagnose für die Betroffenen spürbare Konsequenzen. Externe Qualitätskontrollen für die tägliche Überprüfung der Methode geben zusätzliche Sicherheit.  

Tabellarische Übersicht: Nachweissysteme respiratorsche Erreger

Autoren
Dr. Gabriele Egert
Mitglied der Redaktion
Kathrin Schröder
Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene
Technische Universität München
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