Neue Wiener Testmethode für effizientes Covid-Monitoring

Mittels "Next Generation Sequencing" (NGS) lässt sich seit wenigen Jahren die unglaubliche Menge an Information, die das menschliche Erbgut ausmacht, in nur wenigen Stunden vollständig aufschlüsseln oder sequenzieren. Diese in der Grundlagenforschung angewandte Methode setzt das Team um Ulrich Elling und Ramesh Yelagandula vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) sowie Luisa Cochella und Alexander Stark vom Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien nun zum Nachweis des Erbguts des neuen Coronavirus ein.

Beim diagnostischen Standardverfahren zum Nachweis wird das virale RNA-Genom zuerst aufgereinigt, dann in DNA überschrieben und Teile davon vervielfältigt. Die Detektion passiert dann in speziellen Q-PCR Maschinen basierend auf Sonden, die bei Kontakt mit den Gen-Abschnitten des Virus zu leuchten beginnen. Bei "SARSeq" dagegen wird auf die RNA-Aufreinigung verzichtet. Außerdem wird nur einfaches Gerät zur Erbgut-Vervielfältigung verwendet. Dabei ist es trotzdem ähnlich sensitiv: "Wir können auch sehr wenige Moleküle nachweisen", sagte Elling im Gespräch mit der APA.

Bei der Entwicklung der neuen, und bereits zur Patentierung angemeldeten Methode habe man darauf geachtet, möglichst auf Substanzen zu setzen, um die auf dem Markt kein Konkurrenzkampf herrscht oder die in den Instituten hergestellt werden können. Außerdem sollte die Durchführung möglichst günstig und nur Geräte vonnöten sein, die in normalen Labors verfügbar sind. Um den hohen Durchsatz zu gewährleisten, läuft das Verfahren über Roboterköpfe. "Das heißt, wir pipettieren immer gleich 96 Proben auf einmal, um auf bis zu Zehntausende Tests zu skalieren", so Elling.

Die Methode erlaubt den mehrfachen und direkten Nachweis der beiden vervielfältigten "DNA-Schnipsel" von SARS-CoV-2, so Elling: "Das bringt uns viele unabhängige Beweise für den Nachweis dieses Virus in der Probe." Da diese Genomsequenz nicht durch Zufall entstehen kann, liefert die Methode ihre Ergebnisse mit größter Genauigkeit. "Die Spezifität ist extrem hoch", so der Wissenschafter. Gleichzeitig werden in einer Reaktion auch Influenza A-, Influenza B- und Rhinovirus-Erbgut-Stücke vervielfältigt und nachgewiesen. Das erlaubt auch eine Aussage darüber, ob jemand an einer Krankheit leidet, deren Symptome nur jenen von Covid-19 ähneln.

Die große Herausforderung ist es, bei der gleichzeitigen Untersuchung der Proben tausender Menschen auf einmal auch sicherzustellen, dass am Ende der Sequenzierung die Ergebnisse den jeweiligen Personen einwandfrei zugeordnet werden können. Das NGS-Protokoll der Forscher erlaubt es "in einem komplizierten, aber sehr robusten Verfahren" einen DNA-Strichcode pro Probe zu vergeben, was laut Elling einer Art "Postleitzahl" gleichkommt. Da es auf jeder der im Sequenzierroboter verwendeten Platten 96 Plätze gibt und pro Durchlauf 384 Platten verwendet werden können, kommt man auf die theoretisch rund 36.000 gleichzeitig zu testenden Proben, die sich nachweislich alle einwandfrei zuordnen lassen, so der Wissenschafter.

In Kooperation mit u.a. dem Leiter des Geschäftsfeldes Öffentliche Gesundheit der Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES), Franz Allerberger, sowie der Vienna Covid-19 Detection Initiative (VCDI) - einem Zusammenschluss von 21 Wiener Forschungsinstituten - wurde nun die Methode im Vergleich getestet. Die Ergebnisse der noch nicht von Fachkollegen überprüften Arbeit wurden kürzlich auf der Website MedRxiv veröffentlicht.

In der Untersuchung überprüfte man bei der AGES mittels der PCR-Methode ausgewertete Proben sowohl am IMBA als auch bei der AGES selbst mehrfach mit "SARSeq". Dabei zeigte sich die hohe Verlässlichkeit des Ansatzes. So wurde das Virus auch noch in Proben detektiert, in denen die Viruskonzentration äußerst gering und längst nicht mehr infektiös war, so Elling.

Die Umsetzung des neuen Protokolls könnten im Prinzip viele molekularbiologische Labors durchführen. Auch die Sequenziermaschinen, die für einen Durchlauf rund zehn Stunden brauchen, gibt es zwar nicht überall, aber mittlerweile durchaus oft in Österreich, so der Wissenschafter. Die Herausforderung bei derart vielen möglichen Probenanalysen auf einmal ist jedoch die Logistik bei der Probennahme, -zuordnung und Ergebnisrückmeldung.

Es wäre aber denkbar, etwa im Gesundheitsbereich an einem Tag das gesamte Personal zu beproben und nach rund 24 Stunden schon die mit Hilfe eines eigens entwickelten Computerprogrammes personalisierten Ergebnisse zu erhalten. Für die Entwickler der Methode ist die Herangehensweise daher vor allem für wiederkehrendes Monitoring in bestimmten größeren Personengruppen, wie im Schul- und Bildungsbereich, in Großunternehmen oder eben bei Gesundheits- oder Pflegepersonal in Altersheimen interessant.

So würden dezentral Proben genommen und diese zentralisiert ausgewertet werden, wo es Sequenzer gibt, erklärte Elling: "Die echte Challenge ist das Probensammeln." Ein großer Mehrwert sei, dass der Ansatz auch andere Virusinfektionen findet, was in der kalten Jahreszeit sehr wichtig ist. Die Kosten pro Test wären mit Preisen zwischen zwei und fünf Euro sehr moderat.

(S E R V I C E - www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.10.28.20217778v1.full.pdf)