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Neuer Corona-Massentest Pandemie-Prävention auf nächstem Level: mit neuem Testverfahren

Autor / Redakteur: Felix Heyder* / Christian Lüttmann

Schulen, Betriebe und Großveranstaltungen versammeln hunderte bis tausende Menschen an einem Ort. In Zeiten der Corona-Pandemie birgt das immer ein Ansteckungsrisiko. Dieses kann durch Massentest aber deutlich gesenkt werden. Dazu haben Forscher der Unikliniken Bonn ein neues Testverfahren entwickelt, das bis zu 100-mal empfindlicher ist als Antigen-Schnelltests und Laborkapazitäten als limitierenden Faktor in der Testung nahezu ausschließen könnte – auch für zukünftige Pandemien.

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In einem Milliliter Flüssigkeit befindet sich das amplifizierte Abstrichmaterial von bis zu 10.000 Corona-Tests, die mit einem Sequenzierungsgerät analysiert werden.
In einem Milliliter Flüssigkeit befindet sich das amplifizierte Abstrichmaterial von bis zu 10.000 Corona-Tests, die mit einem Sequenzierungsgerät analysiert werden.
(Bild: Universitätsklinikum Bonn / F. Heyder)

Bonn – Corona macht zwar dem Gefühl nach gerade Sommerpause, doch noch ist die Pandemie nicht vorbei. Bis der Großteil der Bevölkerung durchgeimpft ist, werden auch systematische Corona-Tests weiter nötig sein, um das Infektionsgeschehen effektiv überwachen zu können. Nur so kann die Ausbreitung des Virus überblickt und durch gezielte Maßnahmen eingedämmt werden. Ein neuentwickelter Corona-Test von Forschern des Universitätsklinikum Bonn (UKB) soll nun dabei helfen.

„Unser Corona-Test ‚LAMP-Seq‘ ist etwa 100-mal empfindlicher als die aktuell weit verbreiteten Antigen-Schnelltests und fast so sensitiv und spezifisch wie der gängige qPCR-Test“, beschreibt Prof. Dr. Jonathan Schmid-Burgk vom Institut für Klinische Chemie und Klinische Pharmakologie des UKB die Eigenschaften des Testverfahrens, das interdisziplinär mit anderen Forschenden am UKB entwickelt worden ist. „Hinzu kommt die hohe Skalierbarkeit des Tests. Durch den Einsatz von Sequenziermaschinen lassen sich tausende Proben gleichzeitig analysieren.“ Das LAMP-Seq-Verfahren erkennt dabei nicht nur Corona-Infektionen mit dem Ursprungsvirus, sondern auch solche mit neuartigen Mutanten der Varianten Alpha bis Delta.

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Der entscheidende Unterschied: molekulare Probenbarcodes

Für den neuen Test haben die Bonner Wissenschaftler das bereits etablierte LAMP-Verfahren adaptiert. LAMP steht für „Loop-mediated Isothermal Amplification“, also die Vermehrung des Virusgenoms bei einer konstanten Temperatur. Dieses Verfahren haben die Forscher mit Sequenziermaschinen aus der biomedizinischen Forschung kompatibel gemacht. Im Ergebnis lassen sich nun viele Proben gleichzeitig im Hochdurchsatzverfahren analysieren.

Ermöglicht wird dieses labordiagnostische Verfahren durch einen besonderen Zwischenschritt, den Schmid-Burgk erarbeitet hat: Bevor tausende Proben in einem Sequenzierlauf zusammen analysiert werden, wird jede einzelne Probe mit einem molekularen Barcode verknüpft. Dieser Barcode sorgt dafür, dass jede Probe auch nach dem Pooling tausender Proben zweifelsfrei zugeordnet werden kann. Damit wird die Nachtestung des gesamten Pools bei einem Positiv-Ergebnis überflüssig. So können die Kosten pro Test im direkten Vergleich zum qPCR-Test deutlich gesenkt werden. „Gerade in Schulen oder Betrieben, wo sich viele Menschen regelmäßig begegnen, ist unser Corona-Test ideal, um das Infektionsgeschehen systematisch und präventiv zu monitoren“, beschreibt die Co-Entwicklerin Dr. Kerstin Ludwig die möglichen Einsatzszenarien des „LAMP-Seq“-Tests.

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Pooling-Verfahren

Für die Massentestung greifen Forscher oft auf eine Pooling-Strategie zurück. Dazu nehmen sie Proben von mehreren zu testenden Personen und führen sie in einem gemeinsamen Pool zusammen, der dann analysiert wird. Im Idealfall ist das Ergebnis negativ, sodass mit einer einzigen Analyse direkt alle im Pool getesteten als negativ identifiziert sind. Bei einem Positiv-Ergebnis werden die einzelnen Proben zu kleineren Untergruppen gemischt und diese wiederum analysiert, sodass schrittweise alle Positiv-Proben aus dem Pool identifiziert werden. Im Endeffekt sind so immer weniger Test nötig, als wenn von Anfang an jede Person einzeln getestet wird. Am besten funktioniert diese Strategie bei einer geringen Durchseuchung, wenn also nur sehr wenige Personen infiziert sind. Gerade jetzt im Sommer, wo die Inzidenzen niedrig sind, bietet sich so ein Pooling-Verfahren also an, um schnell große Gruppen zu testen, etwa Schulen oder Betriebe.

Rund 1.000 Proben pro Stunde

Bereits kleinere Modelle der eingesetzten Sequenziermaschinen sind in der Lage in einem einzigen Lauf von zehn bis zwölf Stunden rund 10.000 Proben zu analysieren. Damit werden die Laborkapazitäten als limitierender Faktor in der Testung nahezu ausgeschlossen.

In mehreren Studien (u. a. Schul- und Mitarbeitertestung) mit insgesamt rund 20.000 Testungen haben die Bonner Wissenschaftler die gesamte vor- und nachgelagerte Logistik, von der Probennahme per Rachenabstrich bis hin zur volldigitalen Rückmeldung der Ergebnisse getestet, optimiert und validiert und die Resultate nun in einer Publikation veröffentlicht.

Auf verschiedene Viren adaptierbar

Vorerst haben die Bonner Forschenden ihr Verfahren auf die SARS-CoV-2-Testung ausgerichtet. Es lässt sich in Zukunft aber auch differentialdiagnostisch bei der Testung auf andere Viren wie Influenza A einsetzen und soll auch für weitere Pandemien schnell adaptierbar sein.

Aktuell arbeiten die Wissenschaftler an der CE-Kennzeichnung, um den „LAMP-Seq“-Test zeitnah international verfügbar zu machen. Bis diese Zulassung vorliegt, wird das technisch und wissenschaftlich vollständig validierte „LAMP-Seq“-Verfahren weiterhin für Pilot-Testungen eingesetzt.

Finanzielle Unterstützung erhielt das wissenschaftliche Team vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Nationalen Forschungsnetzwerks Universitätsmedizin (NUM B-FAST). An dem Projekt waren u. a. Mitglieder des Exzellenzclusters Immuno-Sensation 2, das Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit, die Life & Brain GmbH sowie das Bundeswehrzentralkrankenhaus Koblenz beteiligt.

Originalpublikation: Kerstin U. Ludwig, Ricarda M. Schmithausen, David Li, Max L. Jacobs, Ronja Hollstein, Katja Blumenstock, Jana Liebing, Mikołaj Słabicki, Amir Ben-Shmuel, Ofir Israeli, Shay Weiss, Thomas S. Ebert, Nir Paran, Wibke Rüdiger, Gero Wilbring, David Feldman, Bärbel Lippke, Nina Ishorst, Lara M. Hochfeld, Eva C. Beins, Ines H. Kaltheuner, Maximilian Schmitz, Aliona Wöhler, Manuel Döhla, Esther Sib, Marius Jentzsch, Jacob D. Borrajo, Jonathan Strecker, Julia Reinhardt, Brian Cleary, Matthias Geyer, Michael Hölzel, Rhiannon Macrae, Markus M. Nöthen, Per Hoffmann, Martin Exner, Aviv Regev, Feng Zhang, Jonathan L. Schmid-Burgk: LAMP-Seq enables sensitive, multiplexed COVID-19 diagnostics using molecular barcoding, Nature Biotechnology; DOI: 10.1038/s41587-021-00966-9

* F. Heyder, Universitätsklinikum Bonn,53127 Bonn

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