Wie funktioniert der Corona-PCR-Test?

Zur zuverlässigen Diagnose der Krankheit Covid-19 kommen PCR-Tests zum Einsatz. Doch wie funktionieren diese Tests? Erfahre heute mehr darüber. 

Geschrieben und geprüft von dem Biologen Samuel Antonio Sánchez Amador.

Letzte Aktualisierung: 18. Juli 2022

Verlässliche Tests zur Diagnose von COVID-19 sind maßgeblich, um die Ausbreitung der aktuellen Pandemie zu bremsen. Wir erklären heute, wie Tests funktionieren, die auf einer sogenannten Polymerase-Kettenreaktion (PCR) beruhen. 

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt PCR-Tests, da diese sehr zuverlässig sind und nur wenige falsche positive Ergebnisse liefern. Wir erklären heute, wie diese Tests funktionieren. Lies weiter, um mehr darüber zu erfahren!

Den Feind sequenzieren

Der Krankheitserreger SARS-CoV-2 aus der Familie der SARS-assoziierten Coronaviren besteht aus einer einzelsträngigen RNA mit positiver Polarität. Man kann die DNA und RNA mit Fingerabdrücken vergleichen, die verlässliche Auskunft über einen Organismus geben.

Die Anordnung der Nukleotide gibt Auskunft über die Identität des Individuums. Da das neue Coronavirus nur eine einzelsträngige Informationskette aufweist, ist die Präsenz der RNA im Organismus eindeutig: Wenn sie im Körper eines Patienten nachgewiesen werden kann, ist dieser mit dem Krankheitserreger infiziert.

Deshalb war es außerordentlich wichtig, nach der Identifizierung des ursächlichen Virus eine vollständige Genomanalyse durchzuführen. Die Genomsequenzierung war bereits am 11. Januar abgeschlossen und steht jedem auf der Webseite des National Center for Biotechnology Information zur Verfügung.

Die Buchstabenkombination beschreibt die Anordnung der Nukleotide der RNA-Kette des Virus. Jedes Nukleotid enthält eine Stickstoffbase, die durch einen Buchstaben repräsentiert wird:

• Adenin (a)
• Guanin (g)
• Cytosin (c)
• Im Falle von RNA, Uracil (u)
• Im Falle von DNA, Thymin (t)

Erfahre anschließend, wie man anhand des PCR-Tests das neue Coronavirus SARZ-CoV-2 diagnostizieren kann.

Wie der PCR-Test den Krankheitserreger erkennt

Die vollständige Genomanalyse war die Voraussetzung für einen zuverlässigen PCR-Test. Diese Technik kommt bereits seit den 80er Jahren zum Einsatz und beruht auf einer sogenannten Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Bei diesem Test wird ein ausgewähltes DNA-Stück kopiert und vervielfacht, um nach DNA-Stücken zu suchen.

Doch genau hier zeigt der Krankheitserreger seine List: Das Coronavirus hat keine DNA, sondern nur RNA. Das bedeutet also, dass eine ausgeklügelte Technik für einen effizienten Test nötig ist: die RT-PCR-Methode.

Die Reverse-Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) ist die Kombination der Reversen Transkriptase (RT) und der Polymerase-Kettenreaktion (PCR), um RNA nachzuweisen.

Dieser Prozess erfolgt nach diesem Muster: 

• Anhand einer Probe eines Patienten “identifizieren” die enzymatisch wirkenden Reversen Transkriptasen die RNA des Virus.
• Durch Nukleotide bilden sie einen DNA-Einzelstrang, der dann zu einem DNA-Doppelstrang ergänzt wird. Das enzymatisch wirksame Protein kann mit einem “Arbeiter” verglichen werden: Mit der RNA-Sequenz des Virus und den verfügbaren Nukleotiden baut er eine neue Kette auf, in diesem Fall einen DNA-Doppelstrang.
• Dann kommt das Enzym Polymerase ins Spiel. Anhand der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) formt dieses Enzym mithilfe der zur Verfügung stehenden Nukleotiden tausende von Kopien des umgewandelten DNA-Strangs her.
• Diese vergrößerte DNA kann mithilfe von verschiedenen Techniken analysiert werden, um herauszufinden, ob sie dem Genotyp des SARS-CoV-2 entspricht oder nicht.

Wie identifiziert der PCR-Test den Krankheitserreger SARS-CoV-2?

Nach der Vergrößerung der DNA gibt es verschiedenste Techniken, um die Sequenz einem Virus oder Organismus zuzuweisen. Zu den einfachsten Methoden gehört die Agarose-Gelelektrophorese. Wir verwenden dieses Beispiel, da es einfach zu verstehen ist. Doch es gibt auch weitaus kompliziertere Verfahren, um den Krankheitserreger zu identifizieren.

Die DNA-Fragmente sind negativ elektrisch geladen. Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes bewegen sich diese negativ geladenen Fragmente in einem Gefäß mit Gel in Richtung des Pluspols. Man könnte dies mit einer Rennstrecke vergleichen: Die leichteren DNA-Fragmente kommen früher zum Ziel, die größten bleiben auf der Strecke.

Dies ist der Schlüssel für die Identifizierung: Das Gel enthält einen Farbstoff, der ein nach der Länge sortiertes, charakteristisches Bandenmuster produziert. Ein Beispiel: Falls Mutter und Kind dieselben DNA-Fragmente aufweisen würden, dann müsste das Agarose-Gel ein identisches Muster aufzeigen und so die genetische Beziehung zwischen den beiden bestätigen.

Die Methoden zur Diagnose des SARS-CoV-2 sind komplizierter als dieses Beispiel, doch du kannst dir jetzt eine ungefähre Vorstellung machen, wie ein PCR-Test funktioniert.