ArchivDeutsches Ärzteblatt4/2015Diagnostik der Ebolainfektion: Die Zeit läuft

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Diagnostik der Ebolainfektion: Die Zeit läuft

Grunert, Dustin

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Das schnelle Erkennen von Ebolavirusinfektionen ist einer der wichtigsten Schritte, um die Epidemie in Westafrika einzudämmen. Nach einem schleppenden Start bei der Entwicklung von Diagnostika gibt es mittlerweile vielversprechende Ansätze.

Ein Schnelltest auf Ebolavirus bei der Validierung in Afrika. Die Firma Senova in Weimar hat ihn entwickelt. Foto: Senova
Ein Schnelltest auf Ebolavirus bei der Validierung in Afrika. Die Firma Senova in Weimar hat ihn entwickelt. Foto: Senova

Spätestens im Oktober 2014 wurde der Weltöffentlichkeit das mögliche Ausmaß der Ebolaepidemie in Westafrika aufgezeigt. Mit circa 9 000 Infizierten und 4 400 Toten war die Epidemie zwar schon damals der größte Ausbruch von Ebolavirus-Erkrankungen (EVD) in der Geschichte, doch die Zahlen zur möglichen weiteren Entwicklung, die die Welt­gesund­heits­organi­sation (WHO) damals vorstellte, waren weitaus besorgniserregender. Würde es nicht gelingen, die Infektionsrate innerhalb der nächsten zwei Monate deutlich zu senken, könnte es zu 10 000 Neuerkrankungen kommen – und zwar pro Woche, erklärte die WHO.

Als Gegenmaßnahme wurde der sogenannte 70-70-60-Plan vorgestellt. Innerhalb von 60 Tagen sollten mindestens 70 Prozent der Infizierten hospitalisiert und ausreichend behandelt werden. Mindestens 70 Prozent der Toten müssten sicher beerdigt werden, um Ansteckungen an den Leichen zu verhindern.

Der Plan ging in einigen Teilen der Ebolagebiete auf, in anderen hingegen nicht. Bis heute (Stand: 14. Januar) kam es zu 21 296 Infektionen und 8 429 Todesfällen. Ein Problem, das die WHO in diesem Zusammenhang nannte, war die Diagnostik der EVD-Fälle. Erst eine zuverlässige und schnelle Diagnose der Erkrankung kann auch zu einer schnellen Hospitalisierung oder gegebenenfalls einer sicheren Beerdigung führen. Derzeit dauert die Abklärung aber häufig zu lange, sie ist zu kompliziert und zu kostspielig.

Gebraucht wird ein schneller, einfacher und günstiger Test

Der aktuelle Ausbruch wird durch das Ebola-Zaire-Virus verursacht, ein filamentöses Virus mit unsegmentiertem RNA-Genom. Die Krankheitssymptome beginnen im Allgemeinen nach drei bis 13 Tagen. Der erste Tag der Symptome ist in der Regel auch der erste Tag einer möglichen Diagnose. Es gibt verschiedene Methoden zum Nachweis einer EVD, für Westafrika gelten aber besondere Voraussetzungen: Der Test sollte schnell ein Ergebnis liefern, er sollte einfach zu handhaben und an praktisch jedem Ort durchführbar sein. Dabei darf er nicht viel kosten und muss eine hohe Sicherheit aufweisen. All diese Kriterien erfüllen die meisten eingesetzten Tests bisher nicht.

Transportables Labor: Der Koffer, entwickelt von Wissenschaftlern in Göttingen, ermöglicht Diagnosen in 15 Minuten. Foto: Karin Tilch, Deutsche Primatenzentrum
Transportables Labor: Der Koffer, entwickelt von Wissenschaftlern in Göttingen, ermöglicht Diagnosen in 15 Minuten. Foto: Karin Tilch, Deutsche Primatenzentrum

Die internationale „Foundation For Innovative New Diagnostics“ (FIND) listet in einer Übersicht für Entwickler die verschiedenen möglichen Verfahren auf: Viruskultivierung, Antigennachweis, Antikörpernachweis oder die Reverse-Transkriptase-Polymerasekettenreaktion (RT-PCR) als Nukleinsäurenachweis. Zwei dieser Prinzipien haben jedoch für den Ausbruch in Afrika keine Relevanz. Die Viruskultivierung darf nur in einem BSL-4 Labor, also einem Labor der höchsten Sicherheitsstufe, durchgeführt werden. Da die Labors in den Epidemiegebieten aber maximal BSL-3 erreichen, ist diese Methode praktisch nicht durchführbar. Beim Antikörpernachweis kann IgM in der ersten Woche der Erkrankung vorhanden sein, das ist aber nicht immer der Fall. Viele schwer erkrankte Patienten entwickeln keine detektierbaren Antikörper. Außerdem ist eine Kreuzreaktivität von Antikörpern mit anderen Antigenen als denen des Ebolavirus ein Problem beim Antikörpernachweis.

Es bleiben also laut FIND nur zwei mögliche Verfahren übrig. Die RT-PCR und die Antigendetektion. Beim Antigennachweis über ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) wird ein Teströhrchen mit einem Antikörper beschichtet. Das ebolaspezifische Antigen bindet an die passenden Antikörper und wird angereichert. Im zweiten Schritt wird ein weiterer, gegen das Antigen gerichteter Antikörper hinzugefügt, an den ein Enzym gebunden ist. Je nach Menge des vorhandenen Antigens bindet eine entsprechende Menge des sekundären Antikörpers. Das Enzym spaltet einen hinzugefügten Farbstoff und sorgt so für einen Farbumschlag, der eine Infektion anzeigt. Die Methode funktioniert zwar auch mit Speichelproben, bei Blutproben sind die Ergebnisse aber sicherer.

Der Goldstandard allerdings ist die RT-PCR aufgrund der hohen Sicherheit in der EVD-Diagnostik. Auch in Deutschland wird der Nachweis mittels dieser Methode erbracht. Eine Reverse Transkriptase schreibt die Virus-RNA in DNA um. Eine spezifische Sequenz der DNA wird daraufhin mit einer thermostabilen DNA-Polymerase amplifiziert – eine gewöhnliche PCR beginnt. Danach kann beispielsweise durch Gelelektrophorese oder durch eine Fluoreszenzmethode ermittelt werden, ob Ebola-RNA in der Probe enthalten war. Für die PCR gibt es verschiedene Mischungen mit unterschiedlichen Polymerasen und Primern von vielen Herstellern, um das Ebolavirus nachzuweisen. Auch PCR-Schnelltests werden auf den Markt gebracht. Diese Tests brauchen dann etwa drei statt bis zu sechs Stunden für ein Ergebnis.

Trotz der Zeitersparnis lösen diese Tests die Probleme der Diagnostik in den Krisenregionen Afrikas nicht. Zum einen dürfte die PCR, die in hoch spezialisierten Labors durchgeführt werden muss, mit mehr als 60 Euro pro durchgeführtem Test zu teuer sein, wenn sich der Fokus der Weltöffentlichkeit von den betroffenen Gebieten abgewandt hat. In den Ebolagebieten gibt es außerdem insgesamt nur 27 Labors (Stand: 14. Januar), die eine Diagnose über PCR stellen können. Bis die Blutprobe eines Verdachtsfalls aus einem abgelegenen Dorf über die schlechten Straßen in eines der Labors gelangt ist, können bis zu 72 Stunden vergehen. Bis dahin müssen die Patienten isoliert bleiben. In dieser Zeit werden bei EVD-negativen Patienten Ressourcen falsch eingesetzt, und es besteht die Gefahr einer Ansteckung an erkrankten Patienten.

Neue Schnelltests auch für abgelegene Gebiete geeignet

Es gibt aber Entwicklungen, die diese Faktoren berücksichtigen. Die Weimarer Firma Senova hat einen „Lateral Flow Kassettentest“ entwickelt, der über Antigennachweis die wichtigsten Stämme des Ebolavirus erkennen kann. Eine Testkassette kostet drei Euro, ist zwei Jahre bei Raumtemperatur haltbar und kann praktisch überall angewandt werden. „Die Sensitivität des Tests ist aber bisher bei Weitem nicht so gut, als dass man die standardmäßige, deutlich sensitivere PCR ersetzen könnte“, sagte Hans-Hermann Söffing, Inhaber des Unternehmens dem Deutschen Ärzteblatt. Der Test erkenne in wenigen Minuten hohe Viruslasten und sei zum Beispiel für die Identifikation von mit Ebola infizierten Leichen geeignet. „Da wären Wartezeiten von mehreren Tagen einfach unnötig“, so Söffing weiter. Tests in Westafrika verliefen vielversprechend.

Einen anderen Ansatz hat der Infektionsforscher Dr. rer. nat. Ahmed Abd El Wahed vom Deutschen Primatenzentrum (DPZ) in Göttingen gewählt. Er hat einen Koffer entwickelt, mit dem sich das Virus innerhalb von nur 15 Minuten nachweisen lässt. In dem handgepäckgroßen, transportablen Labor, an dem er zusammen mit internationalen Partnern wie dem Institut Pasteur in Dakar, Senegal, arbeitet, ist alles zu finden, um eine Rekombinase Polymerase Amplifikation durchzuführen. Bei der Technik, die Prof. Dr. Frank Torsten Hufert von der Universitätsmedizin Göttingen an das Ebolavirus angepasst hat, wird wie bei der RT-PCR der RNA-Strang durch ein Enzym in DNA umgewandelt. Ein Rekombinase-Primer-Komplex öffnet den DNA-Strang und amplifiziert dann eine ebolavirusspezifische Nukleinsäuresequenz. Im Gegensatz zur PCR, die Temperaturwechsel erfordert, funktioniert dieses Prinzip bei konstant 37 Grad Celsius. Dabei wies das Verfahren bisher eine hohe Sicherheit auf. Mit einem Solarpanel, das den für den Test erforderlichen Strom erzeugt, ist der Koffer überall einsetzbar. Die Reagenzien müssen nicht gekühlt werden und sind drei Monate haltbar. Der Prototyp hat circa 4 000 Euro gekostet und wird ab Ende des Monats in Afrika getestet. Abd El Wahed ist die Spezifität wichtig. „Wenn der Test ein negatives Ergebnis anzeigt, dann darf auch keine EVD vorliegen. Nur so kann die Epidemie eingedämmt werden“, sagte er dem Deutschen Ärzteblatt. Abd El Wahed und Söffing erklärten beide: Auch wenn die Tests für diesen Ausbruch sehr spät gekommen seien – für die Zukunft sei man besser gewappnet.

Dustin Grunert

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