Labordiagnostik beim Corona-Virus

Fast täglich erhalte ich Fragen / Anfragen zu möglicher Labordiagnostik wie z.B. dem Corona-Antikörper-Test. “Führen Sie die durch? Wie sehr kann man sich auf das Ergebnis verlassen? Wenn ich Antikörper habe, kann ich mich dann nochmal anstecken? Wie lange hält eine Immunität ggf. an? Führen Antikörper überhaupt zu einer Immunität?”.

In diesem Artikel möchte ich den derzeitigen Stand (20.09.2020) der Informationen zusammenfassen. Aber auch darauf hinweisen, dass sich die Informationen zu den Tests ständig ändern, ergänzen, aber auch revidiert werden. Ich bin HNO-Ärztin und nicht Labor-Ärztin bzw. Virologin und habe die Inhalte aus bestem Wissen und Gewissen zusammengetragen.

Welche Labor-Tests gibt es?

  • PCR-Test (Antigen-Test, Labor): Direktnachweis des Virus über einen Abstrich aus dem Nasenrachen
  • Antigen-Schnell-Test: Nachweis von Virus-Antigenen nach 15 Minuten in der Praxis
  • Antikörper-Test: Nachweis zirkulierender Antikörper (spezifische humorale Immunabwehr)
  • Lymphozytentransformations-Test: Nachweis spezifischer zytotoxischer T-Zellen (spezifische zelluläre Immunabwehr)

Der PCR-Test durch die Abstrichentnahme sollte bekannt sein, in den Medien ist hier ja ausführlich berichtet worden. Daher möchte ich im Folgenden nur auf die beiden oben genannten Bluttests genauer eingehen, welche Parameter des immunologischen Gedächtnis abbilden.

Was sind Antikörper?

Antikörper (Immunglobuline Ig) bilden sich nach dem Kontakt des Immunsystems mit einem Krankheitserreger. Die Antikörperbildung ist Teil der Immunabwehr, man nennt sie humorale Abwehr. Die Antikörper werden von sog. aktivierten B-Zellen (Plasmazellen) produziert, sie sehen Y-förmig aus. Bei einem erneuten Kontakt binden sie den Erreger (Antigen-Antikörper-Komplex), was zu dessen Inaktivierung führt. Dies geschieht nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Somit entsteht u.a. Immunität. Man muss sich das so vorstellen, dass die zirkulierenden Antikörper die eindringenden Erreger quasi abfangen. Entweder werden sie direkt inaktiviert (neutralisiert) oder dieser Komplex markiert den Erreger – so können ihn zB Fresszellen erkennen und den Erreger abbauen. Darüber hinaus wird eine unspezifische Immunabwehr (sog. Komplementsystem) angeworfen. Meist hilft viel auch viel – viele Antikörper können auch viele Antigene abfangen. Daher bestimmt man nach Impfungen (bei denen auch Antikörper induziert werden) den Antikörper-Spiegel (sog. Antikörper-Titer) und kann dann entscheiden, ob man nochmal impfen muss; nämlich dann, wenn nämlich die Antikörperspiegel zu niedrig sind und somit eine ausreichende Immunität nicht mehr gegeben ist.

Unsere Abwehr fußt jedoch nicht alleine auf der oben beschriebenen humoralen Abwehr. Das zweite Abwehr-Standbein ist die zelluläre Abwehr. Hierunter versteht man die Inaktivierung von Krankheitserregern durch Zellen (T-Zellen, Fresszellen, NK-Zellen…) und nicht durch Antikörper. In unserem Körper laufen also mehrere Abwehrsysteme nebeneinander, welche letztlich zu einem Infektionsschutz führen. Da es in diesem Artikel vor allem um Antikörper geht, soll auf die zelluläre Immunität hier nicht weiter eingegangen werden.

Welche Antikörper gibt es und werden beim Corona-Test gemessen?

Man unterscheidet verschiedene Typen von Antikörpern (IgA, IgD, IgM, IgG, IgE). Für die Antikörperdiagnostik sind im wesentlichen IgM und IgG interessant, weshalb ich nun nur auf diese beiden Antikörper eingehen möchte:

  • IgM-Antikörper: werden in der Frühphase einer Infektion gebildet und zeigen die Reaktion des Körpers auf eine Erstinfektion an. Sie fallen relativ schnell wieder ab und sind daher nicht dauerhaft im Blut nachweisbar. Sie binden nicht so spezifisch an Antigene von Krankheitserregern, d.h. beim Auftreten von IgM-Antikörpern kommt es häufiger zu “falsch-positiven”(*1) Ergebnissen durch Kreuzreaktionen zu ähnlichen Antigenen (s.u., es passt quasi auch ein ähnlicher Schlüssel ins Schloss).
  • IgG-Antikörper bilden sich erst im Verlauf der Infektion (nach ca. 3 Wochen), bleiben aber deutlich länger im Blut nachweisbar. Wie lange das beim Corona-Virus sein wird, weiß im Moment keiner. Man geht von Monaten bis wenigen Jahren aus. Der Nachweis von IgG-Antikörpern zeigt eine durchgemachte Infektion oder Impfung an. Aus dem Blut gesundeter Covid-19-Patienten gewonnene Antikörper zur Behandlung von derzeit Erkrankten sind IgG-Antikörper.
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Wichtig ist zu wissen, dass es bei milden Krankheitsverläufen zum einen zu einer verzögerten Antikörperbildung kommen kann (die obigen Kurven sind nach rechts verschoben), zum anderen die Absolutspiegel der Antikörper niedriger sein können, als bei starken Krankheitssymptomen. Dies muss bei der Interpretation der Antikörpertests berücksichtigt werden.

Welche Corona-Antikörper-Tests gibt es?

Es können prinzipiell zwei Testformen von einander unterschieden werden.

  • Labor-Test: der sog. ELISA-Test wir in einem Labor durchgeführt. Hierzu wird in der Praxis ca. 1 ml Blut aus der Vene abgenommen und eingeschickt. Wenige Tage später liegt das Ergebnis vor. Es handelt sich um einen qualitativen Test, das bedeutet, ob überhaupt Corona-Antikörper vom Typ IgA und IgG vorliegen, nicht, wie hoch der Titer der jeweiligen Antikörper ist (s.o. unter “Was sind Antikörper”).
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  • Corona-Schnelltest: bei diesen, auch lateral-flow-Tests, wird nur ein Tröpfchen Blut benötigt, welches auf ein Plastik-Test-Kit aufgetragen wird. Über ein Vlies läuft das Antikörper-Antigen-Gemisch, bis Linien (positiver Antikörpernachweis) oder eben keine Linien (negatives Ergebnis) sichtbar sind. Er sieht ein bisschen aus wie ein Schwangerschaftstest (-> Antigen-Test) funktioniert aber anders. Das Ergebnis liegt ca. 15 min später vor.
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Die Schnelltests wurden in den letzten Wochen auf den Markt gespült und viele der online verfügbaren Antikörper-Schnelltests werden lediglich von den Herstellern selbst zertifiziert. Nach dem Paul-Ehrlich-Institut ist daher nicht immer gesichert, dass die Schnelltests valide sind. Außerdem fehlen allgemein anerkannte Qualitätsstandards dafür. Ursächlich ist die Übergangsfrist einer EU-Verordnung, unter die solche Antikörper-Schnelltests fallen. Demzufolge können sich Hersteller bis zum Mai 2022 selbst zertifizieren. Erst danach müssen solche Tests von einer unabhängigen Stelle zertifiziert werden. Zudem gibt es laut Paul-Ehrlich-Institut Hersteller, die nachweislich Zertifikate fälschen.

So einfach und praktisch es also wäre, diese Schnelltests durchzuführen (sofort in der Praxis oder zu Hause, Tropfen Blut aus der Fingerbeere, Ergebnis nur wenige Minuten später), so unsicher und unzuverlässig ist deren Aussagekraft (noch). Vermutlich gibt es noch zu viele falsch-positive(*1) Ergebnisse. Die Labortests erscheinen in dieser Hinsicht aktuell zuverlässiger.

Das Hauptproblem der Schnelltests liegt meines Erachtens jedoch in der Tatsache, dass diese Tests auch von medizinischen Laien im Internet erworben und zu Hause durchgeführt werden können. Damit entfällt die ärztliche Interpretation des Testergebnisses. Aber genau hier liegt die Gefahr dieser Schnelltests…

Interpretation der Testergebnisse – welche Probleme gibt es bei Corona-Antikörper-Tests? Ist Ihre Durchführung überhaupt sinnvoll?

Das Labor, an welches wir unsere Blutproben senden, verwendet den Test, den auch die Charité verwendet und welcher für die Untersuchungen in Gangelt zur Anwendung kam. Je mehr Proben untersucht werden und je höher die Infektionsrate in Deutschland, desto zuverlässiger sind die Ergebnisse. Dies zur Güte des Tests, was jedoch nicht entscheidend ist. Denn die Ergebnisse müssen auch interpretiert werden. Hier kann es mehrere Fehlerquellen geben, auf die ich nun genauer eingehen möchte:

Fehlerquelle 1: Test wurde zum falschen Zeitpunkt durchgeführt

Antikörper werden erst eine gewisse Zeit nach der Infektion gebildet. Nimmt dann zu früh Blut ab, kann es sein, dass noch keine Antikörper gebildet werden. So kann es sein, dass der Test “falsch-negativ”(*2) ausfällt. Das bedeutet, dass der Patient erkrankt war, aber als nicht-infiziert detektiert wird, weil eben noch keine Antikörper nachweisbar waren.

Das bedeutet, dass die sog. Sensitivität(*3) des Tests für die IgG-Antikörper umso höher ist, je später nach Symptombeginn getestet wird. Sieben Tage nach Auftreten erster Symptome liegt die Wahrscheinlichkeit für Auftreten von IgG-Antikörpern nur bei 30%, vierzehn Tage nach ersten Symptomen aber schon bei 98%. Die frühen IgM-Antikörper sind 7 Tage nach Symptombeginn in 90% nachweisbar, da diese aber schnell wieder abfallen, sind sie nach 14 Tagen nur noch in 30-40% nachweisbar.

Fehlerquelle 2: Testergebnis ist nicht hinreichend spezifisch für SARS-CoV2

Wie bereits oben erwähnt, reagieren Antikörper, insbesondere IgM-Antikörper, nicht immer spezifisch auf einen bestimmten Erreger. Im Falle des Corona-Virus können auch zirkulierende Antikörper gegen harmlose Erkältungs-Coronaviren (Beta-Coronaviren) oder SARS-CoV1 in den Antikörper-Tests einen positiven Corona-Titer (SARS-CoV2) vortäuschen (sog. Kreuzreaktivität). Damit hätten wir einen falsch-positiven Befund, was bedeutet, dass man annimmt, eine Corona-Virus-Infektion durchgemacht zu haben, dabei beruht der Antikörper-Nachweis lediglich auf einen früheren Kontakt zu harmlosen Erkältungsviren.

Das Labor, mit dem wir zusammenarbeiten, hat seinen Elisa-Antikörper-Test validiert um diesen Fehler möglichst klein zu halten. Es wurden Quer-Testungen mit Blutproben von Patienten, die sicher Covid-19-erkrankt waren (also sicher SARS-CoV2-Antikörper hatten, sog. Positivkontrollen), und eingefrorenen Blutproben von vor einem Jahr (von Patienten, die sicher nicht Corona-erkrankt waren, weil es das Virus da in Deutschland hochwahrscheinlich noch nicht gab, sog. Negativkontrollen) durchgeführt. Die Spezifität dieses Labortestes liegt bei > 99% (s.u. Glossar).

Wir gehen in Deutschland aktuell nach wie vor nur von einer sehr geringen Durchseuchung von lediglich 1-4 % (abhängig von der Region) aus (RKI, Serologische Untersuchungen an Blutspendern). Unter Berücksichtigung dieser Daten liegt der positive prädiktive Wert allenfalls bei ca. 80 %. Das bedeutet, dass von 5 IgG-positiv getesteten Patienten nur 4 die Infektion wirklich durchgemacht haben. Um mehr Sicherheit bei der Interpretation zu haben sollte ein sog. Bestätigungstest oder LTT-SARS-CoV-2 durchgeführt werden. Siehe hierzu weiter unten.

Fehlerquelle 3: Ziehen falscher Rückschlüsse auf die Immunität

Vorhandensein von Antikörpern bedeutet nicht automatisch Immunität (Infektionsschutz) gegen das Corona-Virus. Obwohl das Vorhandensein von IgG-Antikörpern bei vielen Infektionskrankheiten in vielen Fällen eine Immunität markiert (wie z.B. bei Hepatitis-B oder Masern), vermutet man, dass das beim Corona-Virus nicht so ist. Es wäre daher fatal anzunehmen, dass der Nachweis von Antikörper eine Sicherheit vor einer Corona-Virus-Infektion darstellt! Im Moment scheint es, dass es (3-5) Monate nach der Infektion zu einem stetigen Abfall der IgG-Antikörper bis hin zur Normalisierung derselben kommt. Was die Immunität angeht bestehen somit mehrere Szenarien:

  • Infektion -> Abfallen der Antikörper -> keine bleibende Immunität
  • Infektion -> weiterhin nachweisbare IgG-AK -> Immunität wahrscheinlich, aber nicht sicher
  • Infektion-> Abfallen der Antikörper -> trotzdem Immunität (nämlich über T-Zellen).

Darüber hinaus vermutet man, das a-, oligo- bzw. monosymptomatische Covid-19-Patienten, d.h. Patienten mit fehlenden oder nur milden Symptomen, eine geringere Antikörperzahl generieren. Nach heutigem Wissen verlieren ca. 10% der symptomatischen Patienten und 40% der asymptomatischen Patienten ihre IgG-Antikörper. Nach jetzigem Stand der Informationen ist eine Aussage zur Immunität anhand der IgG-Antikörper somit nicht möglich.

Interessant ist also die sog. T-Zell-vermittelte Immunität. Denn man geht davon aus, dass eine T-Zelluäre Immunität (zytotoxische T-Zellen, CD8) mit einem starken Immunschutz über Jahre einhergeht.

Bestätigungsteste bzw. Test auf T-Zell-Immunität (LTT-SARS-CoV-2)

Wurden also SARS-CoV2-IgG-Antiköper nachgewiesen kann eine zweite Blutprobe abgenommen werden und an das Labor für den Bestätigungstest geschickt werden. Der von unserem Labor verwendete IgG-Bestätigungstest der Fa. Generic Assays weist in einem Ansatz drei Zielantigene nach: Antikörper gegen das Spike-Antigene S1-, S2- und das Nc-Protein. Für die Beurteilung, ob eine Infektion tatsächlich stattgefunden hat, ist die Gesamtbetrachtung eines „Antikörperprofils“ verlässlicher, weshalb der Bestätigungstest für diese Fragestellung aussagekräftiger ist. Nach bisherigem Kenntnisstand gilt ein positives IgG im ELISA dann als bestätigt, wenn 2 der Zielantigene positiv sind oder wenn ein isoliert hochgradig positives IgG gegen S1-Spike- Protein vorliegt.

Doch wie oben angeführt, sagen Antikörper noch nichts über die Immunität aus. Hierzu bietet sich zur Überprüfung der Immunität durch T-Zellen der LTT-SARS-CoV-2-Test an. Bei diesem sog. Lymphozytentransformations-Test werden Patientenzellen mit SARS-CoV-2-spezifischen Eiweißbestandteilen des S-Spike-Preoteins (N-terminales und C-terminales Ende) stimuliert. Je nach vorherigem Kontakt der Zelle mit dem Corona-Virus kommt es zu einer Reaktion. Dabei zeigt eine Reaktion auf den N-Term den spezifischen Kontakt an, d.h. die nachweisbare Reaktion zeigt den spezifischen Kontakt mit den SARS-CoV-2-Virus an. Dagegen ist die Reaktion mit dem C-terminalen Ende des Spike-Proteins (C-Term) unspezifischer und zeigt den Kontakt zu anderen Beta-Corona-Viren an. Bei der Validierung des Testes (am Labor) zeigten ca. 30% der Blutproben von nachweislich Nicht-Infizierten (keine Symptome, kein positiver PCR-Nachweis, keine IgG-Antikörper) eine positive Reaktion auf das C-Term. Das bedeutet, dass diese Patienten eine Infektion mit anderen Beta-Corona-Viren (Erkältungsviren) hatten, jedoch nicht mit SARS-CoV-2-Virus. Möglicherweise bietet diese Konstellation einen gewissen unspezifischen Schutz gegen SARS-CoV-2 im Sinne einer Teilimmunität aufgrund einer Kreuzreaktivität. Dies wäre eine Erklärung, warum manche Patienten nur leicht erkranken oder symptomlos bleiben. Dies ist jedoch Gegenstand intensiver Forschung.

Fazit

Aufgrund der oben genannten Ausführungen verfahren wir in unserer Praxis folgendermaßen: aufgrund der noch sehr unsicheren Testergebnisse der Antikörper-Schnelltests führen wir auf Wunsch nur die Antikörper-Bestimmung mittels Elisa-Test durch, also den Labortest. Es müssen für den sicheren Nachweis von IgG-Antikörper mindestens drei Wochen nach Symptombeginn vergangen sein. Wir versenden die Blutprobe an ein entsprechend qualifiziertes Labor in Berlin. Wer es genauer wissen will läßt den LTT durchführen. Beide Tests werden nicht von den gesetzlichen Krankenkassen übernommen.

Ich kläre grundsätzlich bereits vorher über die Problematik sämtlicher Labortests auf (siehe Fehlerquellen 1-3). Wichtig ist mir, dass sich gerade ältere und Risiko-Patienten nicht in falscher Sicherheit wägen und bei nachweisbaren IgG-Antikörpern einen sicheren Schutz vor Neuinfektion annehmen. Viele Patienten sind jedoch einfach interessiert, ob Ihre Beschwerden vor ein paar Wochen vielleicht doch durch den Corona-Virus verursacht wurden, weil zum Beispiel zum Zeitpunkt der Beschwerden in Ermangelung von Testkapazitäten keine PCR-Diagnostik (Nasenrachenabstrich auf lebendes SARS-CoV2) möglich war. Für genau diese Patienten kann der Antikörpertest sinnvoll sein. Nicht aber um sich “sicher” zu fühlen, denn wie lange eine Immunität nach Infektion anhält ist nach wie vor nicht sicher geklärt.


*1 falsch-positiv fällt ein diagnostischer Test dann aus, wenn ein positives Testergebnis nachgewiesen wird, obwohl die untersuchte Person in Wirklichkeit nicht an der zu überprüfenden Erkrankung leidet / infiziert war

*2 falsch-negativ fällt ein diagnostischer Test dann aus, wenn ein negatives Testergebnis nachgewiesen wird, obwohl die untersuchte Person jedoch in Wirklichkeit an der zu überprüfenden Erkrankung leidet / infiziert war

*3 Sensitivität: sie gibt bei einem diagnostischen Testverfahren an, bei welchem Prozentsatz erkrankter Patienten die jeweilige Krankheit durch die Anwendung des Tests auch tatsächlich erkannt wird, d.h. ein positives Testresultat auftritt. 

*4 Spezifität: sie gibt bei einem diagn. Testverfahren die Wahrscheinlichkeit an, dass tatsächlich Gesunde, die nicht an der betreffenden Erkrankung leiden, im Test auch als gesund erkannt werden bzw. Kranke auch richtig als krank erkannt werden.


Literatur:

  • Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2-specific antibody responses in Coronavirus disease 2019 patients. Okba NMA et al. Emerg Infect dis. 2020 Apr 8;26(7)
  • Antibody responses to SARS-CoV-2 in patients of novel coronavirus disease 2019. Juanjuan Zhao et al. Clin infect dis. 2020 Mar28;ciaa344
  • RKI, Serologische Untersuchungen von Blutspenden auf Antikörper gegen SARS-CoV-2 (SeBluCo-Studie), https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_Coronavirus/Projekte_RKI/SeBluCo_Zwischenbericht.html
  • SARS-CoV-2 antibody testing—questions to be asked. Özcürürmez M et al. on behalf of theCOVID-19 Task Force of the German Society for Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (DGKL). JACI 2020 Jul 1;146; 35-43 https://www.jacionline.org/article/S0091-6749(20)30739-9/fulltext#%20
  • Will antibody tests for the coronavirus really change everything? Mallapaty S. Nature 580, 2020: 571-572.
  • Virus-specific memory CD8 T cells provide substantial protection from the lethal severe acute respiratory syndrom coronavirus infection. Channappanvar R et al. J virol 88, 11034-44