PCR-Test – Das Fehlerprotokoll

Veröffentlicht am von Illa

Im Jahr 2003 ent­stand im Ham­bur­ger „Bern­hard-Nocht-Insti­tut für Tro­pen­me­di­zin“ (BNI) der PCR-Test auf das Virus SARS-CoV, das das Schwe­re aku­te respi­ra­to­ri­sche Syn­drom SARS ver­ur­sa­chen soll. Ent­wi­ckelt wur­de er damals von Chris­ti­an Dros­ten und sei­nem Kol­le­gen Ste­phan Gün­ther, auch Olfert Landt war mit TIB Mol­bi­ol schon dabei. [1] Seit­dem haben Dros­ten und Landt diver­se PCR-Pro­to­kol­le bzw. ‑Kits gelie­fert ein­schließ­lich der Zuta­ten für den aktu­el­len „Dros­ten-Test“ schlecht­hin. Die­ses PCR-Pro­to­koll wur­de am 13./14. Janu­ar 2020 von der WHO ver­öf­fent­licht und die Publi­ka­ti­on in einer Fach­zeit­schrift erfolg­te wenig spä­ter: „Cor­man VM, Landt O, Kai­ser M, et al. Detec­tion of 2019 novel coro­na­vi­rus (2019 nCoV) by real time RT PCR. Euro Sur­veill 2020; 25: 2000045“.

Erschie­nen ist die Arbeit am 23. Janu­ar 2020 in Euro­sur­veil­lan­ce [2], nach­dem sie am 21. ein­ge­reicht und am Fol­ge­tag ange­nom­men wor­den war – ein abso­lu­ter Rekord für einen als „Rese­arch“ dekla­rier­ten Arti­kel [3]. Für die Autoren war es wich­tig, in die­ser und nicht erst eine Woche spä­ter in der nächs­ten Aus­ga­be des Jour­nals zu erschei­nen und den Wett­lauf um die Erst­pu­bli­ka­ti­on als Vor­aus­set­zung für vie­le Zita­tio­nen zu gewin­nen, die wie­der­um in der aka­de­mi­schen Welt mit­be­stim­mend für Sein und Nicht­sein sind. Inzwi­schen ist die statt­li­che Anzahl von über 7000 Zita­tio­nen zusam­men­ge­kom­men [4] – aller­dings haben dazu auch Kri­ti­ker des PCR-Pro­to­kolls bei­getra­gen wie die Autoren des „Cor­man-Dros­ten Review Reports“ [5], die auf­grund schwe­rer Män­gel von Euro­sur­veil­lan­ce gefor­dert hat­ten, den Arti­kel von Cor­man et al. zurück­zu­zie­hen. Hier geht es um die Fra­ge, ob das PCR-Pro­to­koll für SARS-CoV‑1 von 2003 schon die glei­chen Feh­ler auf­wies wie sein aktu­el­ler Nach­fol­ger für SARS-CoV‑2. Als Richt­schnur dient dazu die Feh­ler­ana­ly­se des „Cor­man-Dros­ten Review Reports“.

Immer zu wenig Ziel­ge­ne, fal­sche Anord­nung: „was den Test … unge­eig­net macht“

Dros­ten und wei­te­re 25 Autoren (dar­un­ter die Nie­der­län­der Ron Fou­chier und Albert Oster­haus sowie Her­bert Schmitz vom BNI) publi­zier­ten 2003 im „New Eng­land Jour­nal of Medi­ci­ne“ (NEJM) die Arbeit „Iden­ti­fi­ca­ti­on of a Novel Coro­na­vi­rus in Pati­ents with Seve­re Acu­te Respi­ra­to­ry Syn­dro­me“ [1]. Dar­in ent­hal­ten ist die Abbil­dung 1 mit dem Pro­to­koll 6 für die PCR – genau­er: die meist ver­wen­de­te Real­time-PCR, deren Ver­lauf „in Echt­zeit“ ver­folgt wer­den kann. Dies sind die Anga­ben für die Tes­tung (zwei Pri­mer, eine Son­de) auf ein Ziel­gen, das sich auf der ORF1b-Regi­on (Repli­ka­se-Gen RdRp) befin­det und einen Abschnitt (Ampli­kon) von 77 Nukleo­ti­den (bp) umfasst.

2004 publi­zier­te Dros­ten als allei­ni­ger Autor den Bei­trag „Detec­tion of SARS-Coro­na­vi­rus in the Light­Cy­cler by S‘-Nuclease Real-Time RT-PCR“ für ein Hand­buch zur „Rapid Cycle Real-Time PCR“. [6] Dar­in war zusätz­lich zum ORF1b-Pro­to­koll ein wei­te­res zum N‑Gen von 128 Nukleo­ti­den ent­hal­ten, das aber wohl erst zur Ver­fü­gung stand, als SARS schon wie­der vor­bei war. Dros­ten schrieb zu sei­nen Test­an­lei­tun­gen in die­sem Buch:

„Sie kön­nen ver­wen­det wer­den, um eine gül­ti­ge Bestä­ti­gung von SARS in Über­ein­stim­mung mit den von der WHO wäh­rend der SARS-Epi­de­mie 2003 her­aus­ge­ge­be­nen Richt­li­ni­en zu erhal­ten […]. Posi­ti­ve Befun­de in einem der bei­den Assays kön­nen durch den ande­ren quer­be­stä­tigt wer­den. […]
Labo­ra­to­ri­en, die RT-PCR zur Bestä­ti­gung von SARS ein­set­zen wol­len, soll­ten sich dar­über im Kla­ren sein, dass von der WHO vor­ge­schrie­ben wird, posi­ti­ve Befun­de durch Wie­der­ho­lung des Tests zu bestätigen
– aus einem ande­ren kli­ni­schen Pro­ben­typ des sel­ben Pati­en­ten (z. B. Atem­wegs­pro­be und Stuhl), oder
– aus dem glei­chen Pro­ben­typ, der zu einem ande­ren Zeit­punkt ent­nom­men wur­de, oder
– aus der­sel­ben Pro­be mit einem Assay, der auf eine ande­re Genom-Regi­on abzielt.
Idea­ler­wei­se soll­ten immer zwei oder mehr Tests, die auf unter­schied­li­che Genom-Regio­nen abzie­len, ange­wen­det wer­den.“ [6]

Das Genom der SARS-Coro­na­vi­ren ist ca. 30.000 Nukleo­ti­de lang. Der von den Pri­mern begrenz­te Abschnitt des Gens für ORF-1b hat die Posi­ti­on 18.187–18.264, der für das N‑Gen 28.176–28.286 – gemein­sam bele­gen sie den Bereich von 18.187 bis 28.286 [6] und damit ca. 10.000 Nukleo­ti­de, umfas­sen also nur ein Drit­tel des gesam­ten Genoms von SARS-CoV‑1. Damit kann bes­ten­falls ange­nom­men wer­den, dass die­ses Stück in der ent­nom­me­nen Pro­be intakt vor­han­den war – für den gro­ßen Rest gibt der Test kei­ner­lei Infor­ma­tio­nen. Ein sol­ches Bruch­stück wür­de jedoch das glei­che Signal geben wie ein voll­stän­dig vor­han­de­nes Genom und damit ist die posi­ti­ve Reak­ti­on bei­der Ziel­ge­ne kein Beleg für das Vor­han­den­sein des intak­ten Virus­ge­noms geschwei­ge denn die Fähig­keit des Virus zur Repli­ka­ti­on als Vor­aus­set­zung für des­sen Infek­tio­si­tät. Das war auch ein Kri­tik­punkt am „Dros­ten-Test“:

„Selbst wenn wir also drei posi­ti­ve Signa­le (d.h. die drei Pri­mer­paa­re erge­ben 3 ver­schie­de­ne Ampli­fi­ka­ti­ons­pro­duk­te) in einer Pro­be erhal­ten, beweist dies nicht das Vor­han­den­sein eines Virus. Ein bes­se­res Pri­mer­de­sign wür­de ter­mi­na­le Pri­mer an bei­den Enden des vira­len Genoms haben. Dies liegt dar­an, dass das gesam­te vira­le Genom abge­deckt wäre und drei posi­ti­ve Signa­le bes­ser zwi­schen einem voll­stän­di­gen (und damit poten­ti­ell infek­tiö­sen) Virus und frag­men­tier­ten vira­len Geno­men (ohne infek­tiö­se Potenz) unter­schei­den kön­nen.“ [5]

Bei den drei 2020 in Euro­sur­veil­lan­ce genann­ten Ziel­ge­nen (RdRp‑, E‑, N‑Gen) wird etwa die Hälf­te des Genoms nicht von den Tests erfasst, wie in der Gra­phik ver­an­schau­licht wird. Weg­ge­las­sen wur­de aber schon im Janu­ar 2020 das N‑Gen, wodurch sich der erfass­te Bereich von 15.361 bis 26.253 erstreckt, also – wie bei SARS-CoV‑1 – auf ca. 10.000 Nukleo­ti­de und damit nur auf ein Drit­tel des gesam­ten Genoms. Seit Früh­jahr 2020 ist es sogar üblich, nur auf das E‑Gen zu tes­ten [7], also weni­ger als 1% des Genoms, um dann zu behaup­ten, man habe das Virus nach­ge­wie­sen und dar­aus eine Infek­tio­si­tät mit­samt diver­sen „Maß­nah­men“ plus „Imp­fung“ abzuleiten.

Die­se Abbil­dung für die Kri­tik am „Dros­ten-Test“ läßt sich auf das PCR-Pro­to­koll von 2003 über­tra­gen und damit gilt nicht nur für SARS-CoV‑2, son­dern auch für SARS-CoV‑1: „Der Test kann nicht zwi­schen dem gan­zen Virus und vira­len Frag­men­ten unter­schei­den. Daher kann der Test nicht als Dia­gnos­ti­kum für intak­te (infek­tiö­se) Viren ver­wen­det wer­den, was den Test als spe­zi­fi­sches Dia­gno­se­werk­zeug zur Iden­ti­fi­zie­rung des SARS-CoV-2-Virus und zur Ablei­tung von Rück­schlüs­sen auf das Vor­lie­gen einer Infek­ti­on unge­eig­net macht.“ [5]

Immer zu vie­le Zyklen, kein Cutoff: „so dass der Test … unge­eig­net ist“ 

Die Zyklen­zahl ist ein wei­te­rer wich­ti­ger Para­me­ter der PCR und zugleich eine mög­li­che – und auch prak­ti­zier­te – Stell­schrau­be, um nach Bedarf eine gro­ße Anzahl posi­ti­ver Test­ergeb­nis­se zu generieren.

„Im Fal­le des Virus­nach­wei­ses wer­den bei >35 Zyklen nur Signa­le erkannt, die nicht mit infek­tiö­sen Viren kor­re­lie­ren, wie sie durch Iso­lie­rung in Zell­kul­tu­ren bestimmt wer­den […]; wird jemand durch PCR posi­tiv getes­tet, wenn ein Schwel­len­wert von 35 Zyklen oder höher ver­wen­det wird (wie es in den meis­ten Labors in Euro­pa und den USA der Fall ist), beträgt die Wahr­schein­lich­keit, dass die betref­fen­de Per­son tat­säch­lich infi­ziert ist, weni­ger als 3 %, die Wahr­schein­lich­keit, dass es sich bei dem Ergeb­nis um ein fal­sches Posi­tiv han­delt, 97 % […].
PCR-Daten, die nach einem Ct-Wert von 35 Zyklen als posi­tiv bewer­tet wer­den, sind völ­lig unzu­ver­läs­sig. […]
Zwi­schen 30 und 35 gibt es eine Grau­zo­ne, in der ein posi­ti­ver Test nicht mit Sicher­heit fest­ge­stellt wer­den kann. Die­ser Bereich soll­te aus­ge­schlos­sen wer­den. Natür­lich könn­te man 45 PCR-Zyklen durch­füh­ren, wie im Cor­man-Dros­ten WHO-Pro­to­koll emp­foh­len […], aber dann muss man auch einen ver­nünf­ti­gen Ct-Wert defi­nie­ren (der 30 nicht über­schrei­ten soll­te). Ein Ana­ly­se­er­geb­nis mit einem Ct-Wert von 45 ist jedoch wis­sen­schaft­lich und dia­gnos­tisch abso­lut bedeu­tungs­los […] Es ist ein erheb­li­cher Feh­ler, dass in dem Cor­man-Dros­ten-Papier der maxi­ma­le Ct-Wert, bei dem eine Pro­be ein­deu­tig als posi­ti­ves oder nega­ti­ves Test­ergeb­nis gewer­tet wer­den kann, nicht erwähnt wird.“ [5]

Die für den „Dros­ten-Test“ ange­ge­be­ne Zyklen­zahl von 45 ist absurd hoch und die 2003 von 40 nur unwe­sent­lich bes­ser, zumal in bei­den Fäl­len kein Ct-Wert ange­ge­ben war, also kein Schwel­len­wert, bis zu dem eine Pro­be als posi­tiv gilt. Sowohl für SARS-CoV‑1 als auch für SARS-CoV‑2 gilt daher: „Ein schwer­wie­gen­der Feh­ler ist das Feh­len eines Ct-Werts, bei dem eine Pro­be als posi­tiv und nega­tiv gilt. Die­ser Ct-Wert fin­det sich auch nicht in den Fol­ge­an­trä­gen, so dass der Test als spe­zi­fi­sches Dia­gno­se­instru­ment zum Nach­weis des SARS-CoV-2-Virus unge­eig­net ist.“ [5]

Die Pri­mer aus den Pro­to­kol­len von 2003 und 2020 wur­den von Olfert Landt durch TIB Mol­bi­ol kom­mer­zia­li­siert. Zu sei­nen Pro­duk­ten exis­tie­ren Manu­als mit tech­ni­schen Daten und Gebrauchs­an­wei­sun­gen. Wäh­rend im Manu­al von 2003 bei einer Zyklen­zahl von 40 kein Ct-Wert ent­hal­ten war [8], war 2020 bei einer Zyklen­zahl von 45 immer­hin ein Ct-Wert von 39 ange­ge­ben [9]. Landt war die­se Anfor­de­rung inzwi­schen also klar gewor­den, sie fand sich aber nicht in den von ihm mit­ver­faß­ten Arti­keln für die WHO und Euro­sur­veil­lan­ce wie­der und ange­sichts eines Ct-Werts, „der 30 nicht über­schrei­ten soll­te“ ist 39 offen­bar auch noch immer viel zu hoch.

MERS-Inter­mez­zo

Es gab also sowohl 2003/4 als auch 2020 das Pro­blem der Ziel­ge­ne und der Zyklen­zahl, doch waren die­se Feh­ler bei SARS‑2 sogar noch schwer­wie­gen­der als bei SARS‑1. Zwi­schen die­sen bei­den Tests lag 2012 der auf MERS-CoV als Ver­ur­sa­cher des „Midd­le East Respi­ra­to­ry Syn­dro­me“, der eben­falls von Cor­man et al. bei Euro­sur­veil­lan­ce publi­ziert wur­de: „Detec­tion of a novel human coro­na­vi­rus by real-time rever­se-tran­scrip­ti­on poly­me­ra­se chain reac­tion“ [10] Der Arti­kel wur­de am 27. Sep­tem­ber 2012 ein­ge­reicht und noch am sel­ben Tag ver­öf­fent­licht, was auch für die Rubrik Rapid Com­mu­ni­ca­ti­ons abnorm schnell ist [3] – und mög­li­cher­wei­se dadurch beför­dert wur­de, dass Dros­ten seit min­des­tens 2008 Mit­her­aus­ge­ber (Asso­cia­te Edi­tor) von Euro­sur­veil­lan­ce war. [11] Auch bei die­sem Arti­kel ist er – damals noch Pro­fes­sor in Bonn – letzt­ge­nann­ter und damit ver­ant­wort­li­cher Autor. Zwi­schen ihm und sei­nem Dok­to­ran­den Cor­man sind u.a. Fou­chier und Oster­haus sowie Landt anzu­tref­fen, des­sen Fir­ma extra bedacht wur­de: „Oli­go­nu­kleo­ti­de kön­nen ab Lager bei Tib-Mol­bi­ol, Ber­lin bestellt wer­den (www​.tib​-mol​bi​ol​.de)“. [10]

In die­sem Arti­kel wer­den die PCR-Anlei­tun­gen für zwei Ziel­ge­ne beschrie­ben. Das E‑Gen wird als Scree­ning Assay und das ORF1b-Gen als Bestä­ti­gungs­test ein­ge­setzt, das N‑Gen wird zwar kurz erwähnt, aber wie­der ver­wor­fen. Bis auf einen ORF-1b-Pri­mer (36%) haben alle Pri­mer und auch die Son­den einen GC-Gehalt zwi­schen 40 und 60% (s.u. „GC-Gehalt (pro­zen­tua­ler Gehalt des Basen­paars Guanin/Cytosin“). Es wird eine sehr hohe Pri­mer­kon­zen­tra­ti­on von 400 nmol ver­wen­det, (s.u. „Pri­mer­kon­zen­tra­ti­on“), die Zyklen­zahl ist mit 45 angegeben.

Ein Nach­trags-Arti­kel erschien am 6. Dezem­ber 2012, nach­dem er am Vor­tag ein­ge­reicht wor­den war wie­der­um unter Rapid Com­mu­ni­ca­ti­ons. Dar­in war das Ziel­gen für den Bestä­ti­gungs­test ORF-1a statt ORF-1b und alle Pri­mer lagen gut im GC-Bereich von 40–60%. Cor­man und Dros­ten bil­den wie­der Beginn und Ende der Autoren­lis­te, dazwi­schen ist Fou­chier ver­schwun­den, wäh­rend u.a. Andre­as Nit­sche dazu­ge­kom­men ist, [12] der bei TIB Mol­bi­ol war, bevor er 2002 an das Robert-Koch-Insti­tut wech­sel­te [13] Geblie­ben waren 45 Zyklen ohne Ct-Wert und 400 nmol Pri­mer­kon­zen­tra­ti­on aus dem ers­ten MERS-Artikel.

Mit die­sen Para­me­tern war die Emp­find­lich­keit des Tests auf Kos­ten der Genau­ig­keit im Ver­gleich zu SARS erhöht wor­den. Dros­ten drück­te den man­geln­den dia­gnos­ti­sche Wert eines sol­chen „viel bringt viel“-Ansatzes zwei Jah­re spä­ter so aus:

„Als in Dsch­id­da Ende März die­sen Jah­res aber plötz­lich eine gan­ze Rei­he von Mers-Fäl­len auf­tauch­ten, ent­schie­den die dor­ti­gen Ärz­te, alle Pati­en­ten und das kom­plet­te Kran­ken­haus­per­so­nal auf den Erre­ger zu tes­ten. Und dazu wähl­ten sie eine hoch­emp­find­li­che Metho­de aus, die Poly­me­ra­se-Ket­ten­re­ak­ti­on (PCR). […]
Ja, aber die Metho­de ist so emp­find­lich, dass sie ein ein­zel­nes Erb­mo­le­kül die­ses Virus nach­wei­sen kann. Wenn ein sol­cher Erre­ger zum Bei­spiel bei einer Kran­ken­schwes­ter mal eben einen Tag lang über die Nasen­schleim­haut huscht, ohne dass sie erkrankt oder sonst irgend etwas davon bemerkt, dann ist sie plötz­lich ein Mers-Fall. Wo zuvor Tod­kran­ke gemel­det wur­den, sind nun plötz­lich mil­de Fäl­le und Men­schen, die eigent­lich kern­ge­sund sind, in der Mel­de­sta­tis­tik ent­hal­ten. Auch so lie­ße sich die Explo­si­on der Fall­zah­len in Sau­di-Ara­bi­en erklä­ren.“ [14]

Für Landt, der an bei­den MERS-Publi­ka­tio­nen betei­ligt war, wur­de kein Inter­es­sen­kon­flikt dekla­riert. Seit 2014 gibt es bei TIB Mol­bi­ol MERS-Kits für das E- und das Orf1a-Gen mit einer Anlei­tung für 45 Zyklen und der Bewer­tung „posi­tiv“ bei <39 Zyklen [15], ein Ver­fah­ren, das er auch bei sei­nen C19-Kits bei­be­hal­ten hat. Im Jahr 2020 ver­kün­de­te Landt im Zusam­men­hang mit C19, die Hälf­te der Test-Posi­ti­ven sei nicht infek­ti­ös [16] womit er die Kri­tik­punk­te an dem von ihm mit­ver­faß­ten Test­pro­to­koll und den von ihm ver­trie­be­nen Kits wenigs­tens ansatz­wei­se bestätigte.

Meh­re­re Verschlimmbesserungen

Wei­te­re Kri­tik­punk­te tra­fen aller­dings auf das SARS-Pro­to­koll von 2003 noch nicht zu, damals waren die­se Stan­dards offen­bar bekannt und wur­den eingehalten.

  • Pri­mer­kon­zen­tra­ti­on

Im PCR-Pro­to­koll wird in der Rezep­tur auch die Kon­zen­tra­ti­on der Pri­mer in Nano­mol (nmol) ange­ge­ben, es geht also dar­um, wie vie­le Pri­mer für die Reak­ti­on zur Ver­fü­gung ste­hen. Beim „Dros­ten-Test“ ist sie unge­wöhn­lich hoch.

„Es gibt kei­nen bestimm­ten Grund, die­se extrem hohen Kon­zen­tra­tio­nen von Pri­mern in die­sem Pro­to­koll zu ver­wen­den. Die beschrie­be­nen Kon­zen­tra­tio­nen füh­ren zu erhöh­ten unspe­zi­fi­schen Bin­dun­gen und PCR-Pro­duk­t­am­pli­fi­ka­tio­nen, wodurch der Test als spe­zi­fi­sches Dia­gno­se­instru­ment zum Nach­weis des SARS-CoV-2-Virus unge­eig­net ist.“ [5]

Als übli­che Pri­mer­kon­zen­tra­ti­on wird ein Wert von 100 bis 200 nmol ange­ge­ben [5] und die­ser Bereich wur­de 2003 ein­ge­hal­ten. 2020 aber waren sowohl für das RdRp- als auch das N‑Gen für je einen der Pri­mer Kon­zen­tra­tio­nen von 800 nmol ange­ge­ben (in der Kom­bi­na­ti­on 800 und 600 nmol für das Pri­mer­paar), beim E‑Gen waren es 400 nmol für bei­de Pri­mer. [1]

  • Wob­bly positions

In zwei Pri­mern und einer Son­de des „Dros­ten-Tests“ auf das RdRp-Gen (das spe­zi­fisch für SARS-Cov‑2 sein soll) gibt es „wob­bly posi­ti­ons“, was sich mit Wackel­po­si­tio­nen über­set­zen läßt. Gemeint ist damit ein nicht defi­nier­tes Nukleo­tid in der Sequenz, für das es jeweils zwei Mög­lich­kei­ten gibt: z.B. steht W für Ade­nin oder Thy­min. Dar­aus ergibt sich kei­ne kon­kre­te Pri­mer­se­quenz, son­dern meh­re­re Varianten.

„Die­se hohe Anzahl von Vari­an­ten ist nicht nur unge­wöhn­lich, son­dern auch sehr ver­wir­rend für die Labors. […] Die Design-Varia­tio­nen füh­ren unwei­ger­lich zu Ergeb­nis­sen, die nicht ein­mal mit SARS CoV‑2 in Ver­bin­dung ste­hen. […] Die­se unspe­zi­fi­zier­ten Posi­tio­nen hät­ten ein­deu­tig gestal­tet wer­den müssen. […]
Sechs nicht spe­zi­fi­zier­te wob­bly posi­ti­ons wer­den eine enor­me Varia­bi­li­tät in die rea­len Laborim­ple­men­tie­run­gen die­ses Tests ein­füh­ren; die ver­wir­ren­de unspe­zi­fi­sche Beschrei­bung im Cor­man-Dros­ten-Papier ist nicht als Stan­dard-Betriebs­pro­to­koll geeig­net, was den Test als spe­zi­fi­sches Dia­gno­se­instru­ment zur Iden­ti­fi­zie­rung des SARS-CoV-2-Virus unge­eig­net macht.“ [5]

Im Arti­kel „So ver­än­der­te der Dros­ten-Test den Ver­lauf der Coro­na-Pan­de­mie ‚Der Cor­man-Dros­ten-Test war eine Meis­ter­leis­tung‘“ wird der Ein­satz von „wob­bly posi­ti­ons“ (hier als „dege­ne­rier­te Pri­mer“ bezeich­net) hochgelobt:

„Ech­te Virus­pro­ben exis­tie­ren zu die­sem Zeit­punkt nur in Chi­na. Und nie­mand weiß, wie reprä­sen­ta­tiv die ers­te Genom­se­quenz für das neue Coro­na­vi­rus wirk­lich ist.
Denn die Erb­infor­ma­ti­on von Viren ein und der­sel­ben Art kann sich an ein­zel­nen Stel­len, bei ein­zel­nen Buch­sta­ben im Genom unter­schei­den. Cor­man ris­kiert also, dass sein müh­sam ent­wi­ckel­ter PCR-Test Viren über­sieht, weil die Pri­mer nicht genau genug zu den Sequen­zen der Virus­va­ri­an­ten pas­sen, die tat­säch­lich in der Mehr­zahl grassieren.
Um trotz­dem mög­lichst vie­le sol­cher Vari­an­ten abzu­de­cken und auf­zu­spü­ren, greift der Viro­lo­ge zu einem klas­si­schen Kniff im Pri­mer­de­sign: Er lässt an bestimm­ten Stel­len sei­ner Pri­mer-Sequen­zen offen, wel­cher kon­kre­te Buch­sta­be dort ste­hen soll. Fach­leu­te nen­nen sol­che PCR-Pri­mer dege­ne­rier­te Pri­mer. Aus­ge­such­te Stel­len in der Pri­mer-Sequenz der PCR-Reagen­zi­en dür­fen sowohl mit der einen als auch mit der ande­ren Base besetzt sein. Das soll dem PCR-Test etwas mehr Spiel­raum ver­schaf­fen und die Chan­ce erhö­hen, die Viren auch dann noch nach­zu­wei­sen, wenn sie nicht haar­ge­nau pas­sen. Das Vor­ge­hen ist welt­weit üblich, zumal in der Früh­pha­se einer Erkran­kungs­wel­le mit einem neu­en Erre­ger.“ [17]

Bemer­kens­wert ist aller­dings, dass bei einer Auf­lis­tung der sie­ben frü­hen PCR-Pro­to­kol­le aus der WHO-Lis­te (Janu­ar-Febru­ar 2020) mit ins­ge­samt 17 Primerpaaren/Sonden nur zwei (die Cha­ri­té bei RdRp und die Uni­ver­si­tät Hong­kong bei ORF1b-nsp14) wob­bly posi­ti­onsauf­wie­sen [18] und bei SARS und MERS kamen Dros­ten und Kol­le­gen offen­bar ohne die­sen „klas­si­schen Trick“ aus.

  • Schmelz­tem­pe­ra­tur (Tm)

Für die Tm des Pri­mer­paa­res gibt es einen maxi­ma­ler Dif­fe­renz­wert, damit bei­de Pri­mer unter glei­chen Bedin­gun­gen an die Ziel­se­quenz bin­den oder sich von ihr ablö­sen. Die­ser Stan­dard ist in einem 1998 von Dros­ten und sei­nem Dok­tor­va­ter Kurt Roth ange­mel­de­ten (aber nicht erteil­ten) Patent genau erklärt: „Das für die PCR ein­ge­setz­te Pri­mer-Paar weist vor­zugs­wei­se eine glei­che Schmelz­tem­pe­ra­tur (errech­net über die ‚nea­rest neighbour‘-Methode) oder eine um höchs­tens 2,5°C unter­schied­li­che Schmelz­tem­pe­ra­tur auf. […] Die Schmelz­tem­pe­ra­tur der Pri­mer liegt dabei geeig­ne­ter­wei­se im Bereich von 55°C bis 65°C, vor­zugs­wei­se im Bereich von 58°C bis 62°C und ins­be­son­de­re bei 59°C bis 60°C.“ [19] Dros­ten hielt die­se Stan­dards bei sei­ner PCR für SARS auch vor­bild­lich ein.

Beim „Dros­ten-Test“ 2020 aber wur­de auch das über Bord geworfen:

„Die Anne­al­ing-Tem­pe­ra­tur (Tm) ist ein ent­schei­den­der Fak­tor für die Bestim­mung der Spezifität/Genauigkeit des qPCR-Ver­fah­rens und wesent­lich für die Bewer­tung der Genau­ig­keit von qPCR-Pro­to­kol­len. Best-Prac­ti­ce-Emp­feh­lung: Bei­de Pri­mer (vor­wärts und rück­wärts) soll­ten einen annä­hernd glei­chen Wert haben, vor­zugs­wei­se den glei­chen Wert.
[…] Eine maxi­ma­le Tm-Dif­fe­renz von 2° C inner­halb der Pri­mer­paa­re wur­de als akzep­ta­bel ange­se­hen. Beim Tes­ten der in der Cor­man-Dros­ten-Arbeit ange­ge­be­nen Pri­mer-Paa­re haben wir für Pri­mer-Paar1 (RdRp_SARSr_F und RdRp_SARSr_R) eine Dif­fe­renz von 10° C in Bezug auf die Anne­al­ing-Tem­pe­ra­tur Tm fest­ge­stellt. Dies ist ein sehr schwe­rer Feh­ler und macht das Pro­to­koll als spe­zi­fi­sches Dia­gno­se­werk­zeug unbrauch­bar.“ [5]

  • GC-Gehalt (pro­zen­tua­ler Gehalt des Basen­paars Guanin/Cytosin):

Der GC-Gehalt meint den rela­ti­ven Anteil der Nukleo­ti­de Gua­nin und Cyto­sin im Ver­hält­nis zur Gesamt­heit der vier Nukleo­ti­de, aus denen die DNA besteht. Je höher der GC-Gehalt ist, des­to stär­ker ist die Bin­dung; er hat Ein­fluß auf die Tm.

„Für eine effi­zi­en­te und spe­zi­fi­sche Ampli­fi­ka­ti­on soll­te der GC-Gehalt der Pri­mer min­des­tens 40 % und maxi­mal 60 % der Ampli­fi­ka­ti­on ent­spre­chen. […]. Zwei Pri­mer (RdRp_SARSr_F und RdRp_SARSr_R) haben unge­wöhn­li­che und sehr nied­ri­ge GC-Wer­te von 28 %-31 % für alle mög­li­chen Vari­an­ten von Wob­ble-Basen, wäh­rend der Pri­mer E_Sarbeco_F einen GC-Wert von 34,6 % aufweist […].
Es ist zu beach­ten, dass der GC-Gehalt auf­grund der drei Was­ser­stoff­brü­cken­bin­dun­gen bei der Basen­paa­rung die Bin­dung an sein spe­zi­fi­sches Ziel weit­ge­hend bestimmt. Je nied­ri­ger also der GC-Gehalt des Pri­mers ist, des­to gerin­ger ist sei­ne Bin­dungs­fä­hig­keit an sei­ne spe­zi­fi­sche Ziel­gen­se­quenz (d. h. das zu detek­tie­ren­de Gen). […]
Wenn der Tm-Wert sehr nied­rig ist, wie bei allen Wob­bly-Vari­an­ten der RdRp-Rever­se-Pri­mer beob­ach­tet, kön­nen die Pri­mer unspe­zi­fisch an meh­re­re Tar­gets bin­den, was die Spe­zi­fi­tät ver­rin­gert und poten­zi­ell falsch-posi­ti­ve Ergeb­nis­se erhöht.“ [5]

Der GC-Gehalt war 2003 im Stan­dard-Bereich und 2020 gleich bei zwei von drei Ziel­ge­nen gab es Wer­te dar­un­ter. Bei MERS hat­te es schon einen sol­chen „Aus­rei­ßer“ gege­ben, doch damals wur­de er immer­hin nach­träg­lich korrigiert.

Sum­ma summarum

Dies ist eine tabel­la­ri­sche Über­sicht über eini­ge Para­me­ter der PCR-Pro­to­kol­le für SARS1 (2003/4) und C19 (2020) sowie bei­de Pro­to­kol­le für MERS (2012). Je grü­ner des­to bes­ser – aber offen­sicht­lich kommt im Lau­fe der Zeit immer mehr Rot dazu.

Die bei­den erst­ge­nann­ten Män­gel (zu weni­ge Ziel­ge­ne, zu vie­le Zyklen bei feh­len­dem Cutoff) waren schon 2003 vor­han­den. Wei­te­re Para­me­ter wie die Kon­zen­tra­ti­on oder die Schmelz­tem­pe­ra­tur der Pri­mer waren damals zwar stan­dard­ge­mäß, aber das ändert nichts an den zen­tra­len Pro­ble­men. Damit gilt schon für SARS-CoV‑1: Mit die­ser PCR konn­te kein kor­rek­ter Virus­nach­weis erbracht wer­den, sie war dafür metho­disch nicht geeignet.

Damals gab es aber immer­hin kei­ne Tes­tung von Gesun­den („Asym­pto­ma­ti­schen“), es gab also noch den Abgleich mit Sym­pto­men, wenn sie teil­wei­se auch unspe­zi­fisch (Fie­ber, Hus­ten etc.) waren und es gab die Anfor­de­rung einer epi­de­mio­lo­gi­schen Ver­bin­dung. Die­se SARS-Defi­ni­ti­on [20] grenz­te die Ziel­grup­pe so stark ein, dass die extrem emp­find­li­che Metho­de PCR nach die­sem Pro­to­koll eigent­lich bei sehr vie­len Pro­ben posi­tiv sein müß­te. War sie aber nicht.

Dazu sag­te Her­bert Schmitz vom BNI, der dama­li­ge Chef von Dros­ten und Gün­ther sowie Mit­au­tor des NEJM-Arti­kels von 2003: „In Kana­da haben die Ärz­te das Virus tat­säch­lich nur in 40 Pro­zent der Fäl­le gefun­den. Jetzt fragt man sich, was bei dem Rest ist. In Hong­kong gras­siert bei­spiels­wei­se der­zeit eine Influ­en­za, die genau die­sel­ben Sym­pto­me her­vor­ruft. Das wird nicht rich­tig aus­ein­an­der gehal­ten. […] Alle Zah­len sind sehr wacke­lig und müss­ten drin­gend berei­nigt wer­den. Ein Bei­spiel: In Deutsch­land wur­den bis­her sie­ben SARS-Fäl­le gemel­det. Das Coro­na-Virus haben wir aber nur in drei von ihnen nach­wei­sen kön­nen.“ [21] Was auch weni­ger als die Hälf­te ist. Die­se Zah­len führ­ten damals zu Schlag­zei­len wie „Ursa­che von SARS umstrit­ten – Lei­ter eines kana­di­schen Labors ist nicht davon über­zeugt, dass das Coro­na­vi­rus SARS ver­ur­sacht“. [22] Und auch Schmitz fiel auf: „Da geht irgend­was nicht zusam­men.“ [21]

Dann war SARS plötz­lich vor­bei, die rela­tiv enge Defi­ni­ti­on mit dem unter­ge­ord­ne­te Stel­len­wert von Tests wirk­te selbst-limi­tie­rend. [20] Das Pro­blem ruh­te erst­mal, Dros­ten und Gün­ther wur­den mit Bun­des­ver­dienst­kreu­zen geehrt und mach­ten Kar­rie­re. Zur Jah­res­wen­de 2019/2020 arbei­te­te Dros­ten mit Cor­man und Landt dann wie­der an einem ganz ähn­li­chen PCR-Pro­to­koll wie damals und bau­te eine Rei­he Feh­ler ein, die bei SARS noch nicht gemacht wor­den waren. Feh­ler, die im Lauf der Zeit immer wei­ter zuneh­men, ent­ste­hen jedoch nicht aus Unwis­sen oder man­geln­dem Kön­nen. Sie wer­den bewusst gemacht und wenn sie alle dazu füh­ren, dass mehr posi­ti­ve Ergeb­nis­se ent­ste­hen ohne Rück­sicht dar­auf, ob sie rich­tig- oder falsch-posi­tiv sind, besteht dar­in das Ziel des Pfuschs. Unan­ge­neh­me Schlag­zei­len wie 2003 wur­den mit die­sen absur­den Zah­len ver­mie­den, das PCR-Pro­to­koll öff­ne­te die Schleu­sen und die Dei­che wur­den unter­höhlt, als die Fall­de­fi­ni­ti­on allein an das Ergeb­nis der PCR geknüpft wur­de und zudem noch die Mas­sen­tests an „Asym­pto­ma­ti­schen“ began­nen. Dar­auf kann nichts ande­res fol­gen als die Über­schwem­mung und „Land unter“.

Wer unbe­dingt auf C19 tes­ten will, hät­te Alter­na­ti­ven gehabt. Eine nann­te die Human­bio­lo­gin Ulri­ke Käm­me­rer in ihrem Gut­ach­ten für das Ver­fah­ren am Wei­ma­rer Fami­li­en­ge­richt, das für sie und eini­ge wei­te­re an die­sem Gerichts­ver­fah­ren Betei­lig­ten Haus­durch­su­chun­gen zur Fol­ge hat­te [23]:

„Gene­rell kann eine RT-qPCR schon auf­grund der metho­di­schen Vor­gän­ge kei­ne intak­ten, ver­neh­mungs­fä­hi­gen (infek­tiö­sen) Viren nach­wei­sen, nicht ein­mal das kom­plet­te intak­te Virus­ge­nom, son­dern aus­schließ­lich Nukle­in­säu­re des gesuch­ten Abschnitts. Es ist gene­rell mög­lich, bei gut ein­ge­stell­ten und kor­rekt durch­ge­führ­ten PCR-Tests durch Vali­die­rung mit einer par­al­lel durch­ge­führ­ten Virus­an­zucht in Zell­kul­tur einen Grenz­wert (CT) zu defi­nie­ren, ab dem ein posi­ti­ves PCR-Signal nicht mehr mit ver­neh­mungs­fä­hi­gen Viren kor­re­liert. Die­se ist in der Über­wa­chung von Blut­pro­duk­ten seit Jah­ren gut geüb­te Routine.
Die­se strin­gen­te Vali­die­rung erlaubt dann – solan­ge das Test­sys­tem NICHT ver­än­dert wird – als Sur­rog­at­mar­ker eine Abschät­zung der Virus­last und damit der mög­li­chen Infek­tio­si­tät der getes­te­ten Pro­be, nie aller­dings jedoch den defi­ni­ti­ven Nach­weis. Sobald eine Kom­po­nen­te am PCR-Test­sys­tem (sei­en es Che­mi­ka­li­en, Plas­tik­wa­ren, Enzy­me, Pro­to­koll­ab­läu­fe oder Maschi­nen) in einem der ange­wen­de­ten Schrit­te ver­än­dert wird, muss zwin­gend das Sys­tem wie­der neun kali­briert werden.
Aus allen bis­her publi­zier­ten Infor­ma­tio­nen […] kann davon aus­ge­gan­gen wer­den, dass jeder CT-Wert über 35 nicht mehr mit einer Anzücht­bar­keit infek­tiö­ser Viren ein­her­geht und damit der abso­lu­te Grenz­wert für die Ent­schei­dung „posi­tiv“ ist, auch unab­hän­gig vom ver­wen­de­ten Test­sys­tem. Der CT-Bereich 25–35 ist test­ab­hän­gig mög­li­cher­wei­se noch vali­de als Sur­rog­at­mar­ker für „posi­tiv im Sin­ne einer poten­ti­ell für eine Infek­tio­si­tät aus­rei­chen­den Virus­last“ zu bewer­ten, wenn er, wie beschrie­ben, durch adäqua­te Vali­die­rung im durch­füh­ren­den Labor mit einer Virus­an­zucht ver­gli­chen wurde.
CT≤ 25 : posi­ti­ver Gen­om­nach­weis hohe mRNA Last in der Probe
CT 26–35 : nur posi­tiv, wenn mit Virus­an­zucht abgeglichen
CT > 35 : nega­tiv“ [24]

Wäre auf die­se Wei­se getes­tet wor­den, wäre uns allen viel erspart geblie­ben. Oder anders­her­um: Nur mit dem auf eine maxi­ma­le Anzahl Posi­ti­ve – wie falsch sie auch sein mögen – aus­ge­rich­te­ten PCR-Pro­to­koll war es mög­lich, die Vor­aus­set­zun­gen für die „Maß­nah­men“ und letzt­lich für die „Imp­fun­gen“ zu schaffen.

– Her­vor­he­bun­gen in blau von mir –

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