Was ist der Unterschied zwischen einem PCR- und einem Antigen-Test?

PCR-Test:

Mithilfe eines PCR-Tests (polymerase chain reaction Test) kann man genetisches Material (DNA oder RNA) nachweisen. Dieses genetische Material ist Grundlage des „genetischen Codes“, welchen Viren sowie Menschen aufweisen. Eine Besonderheit mancher Viren ist jedoch, dass sie im Vergleich zum Menschen auch RNA (Ribonukleinsäure) als genetisches Material haben können. Der PCR-Test funktioniert in der Regel mit DNA. Haben Viren eine RNA als genetisches Material (wie bei SARS-CoV-2), so kann die RNA im Labor durch eine RNA-DNA-Polymerase in stabilere DNA umgeschrieben werden (Murphy und Weaver 2018).

Die PCR basiert auf dem Prinzip der Vervielfältigung von genetischem Material (DNA/RNA), sodass anschließend dieses in so großer Menge vorhanden ist, dass man es nachweisen kann. Aber wie funktioniert das?

Zunächst werden sogenannte spezifische „Primer“ eingesetzt. Diese kann man sich als Start-Molekül vorstellen. Ein Primer besteht aus einer kurzen Abfolge von Nukleinsäuren, also dem gleichen Material aus dem auch unsere DNA besteht. Die Nukleinsäuren der Primer passen (korrekt: komplementieren) genau zu dem genetischen Material, welches man nachweisen möchte, also z. B. zum genetischen Material von SARS-CoV-2. Passen die Nukleinsäuren des Primers zu einem genetischen Material aus der entnommenen Patientenprobe, so kann der Primer daran binden und die Vervielfältigung dieses genetischen Materials beginnt.

Hört sich kompliziert an, ist es auch. Aber kurz gesagt: Enthält die Probe des Patienten SARS-CoV-2, so kann der Primer binden, das genetische Material kann vervielfältigt werden und man kann SARS-CoV-2 in der Probe nachweisen. Das Testergebnis wäre also positiv.

Beim PCR-Test wird das genetische Material des Virus erkannt.

Hat man kein spezifisches genetisches Material in seinem Körper, so können die „Primer“ an keiner DNA binden und es findet keine Vermehrung der DNA statt. Damit kann kein Virus im Körper nachgewiesen werden, da man schließlich auch kein Virusmaterial in sich trägt. Man ist also negativ.

Der PCR-Test kann akute Infektionen nachweisen. Hat man sich jedoch erst einige Stunden vor dem Test infiziert, so wurde noch nicht genügend Virus vom Körper vervielfältigt (repliziert). Dann fällt der PCR-Test negativ aus, obwohl man infiziert wurde. Der PCR-Test sagt gleichzeitig auch nichts darüber aus, ob man (noch) infektiös ist. Das liegt daran, dass lediglich spezifische bestimmte Erbgut-Sequenzen nachgewiesen werden, aber nicht die infektiösen Viren selbst. So kann ein Test auch positiv ausfallen, obwohl die Infektion mit SARS-CoV2 schon einige Zeit zurückliegt.

Antigen-Test

Beim Antigen-Test werden Antigene nachgewiesen. Doch was ist ein Antigen?

Krankheitserreger, wie SARS-CoV-2, bestehen hauptsächlich aus Proteinen. Da diese Proteine sich von denen in unserem Körper unterscheiden, werden diese als fremd erkannt und das Immunsystem aktiviert. Als Antwort auf diese fremden Proteine (=Antigene) beginnt der Körper Antikörper zu generieren.

Beim Antigen-Test werden die spezifischen Virusproteine erkannt.

Ist man infiziert, so hat man diese Virusproteine in seinem Körper. Bei der Probenentnahme können diese Virusproteine (=Antigene) mithilfe von spezifischen Antikörpern im Labor (häufig mit Hilfe sogenannten ELISAs) nachgewiesen werden. Nur wenn man Virusproteine in seinem Körper hat (= infiziert ist), so können die Antikörper an die Antigene (=Virusproteine) binden und nur dann fällt der Test positiv aus.

Genauso wie beim PCR-Test kann mit dem Antigentest nur eine aktuelle Infektion festgestellt werden.

Der Vorteil des Antigen-Test ist, dass er deutlich einfacher und schneller ist. Ein Nachteil ist, dass er weniger sensitiv ist, das heißt nicht alle Personen die wirklich infiziert sind werden auch als solche erkannt. Diese Tests sind darauf ausgelegt, spezifische SARS-CoV-2-Proteine zu detektieren. Sie funktionieren besonders gut, wenn die Viruslast im Körper hoch ist, das heißt viele Viren im Körper sind. Dies ist vor allem einige Tage vor Symptombeginn und in den ersten Tagen der Symptome der Fall.

Antikörper-Test

Beim Antikörper-Test werden Antikörper nachgewiesen.

Antikörper, auch Immunglobuline genannt, können spezifisch ein Antigen (bei SARS-CoV2 also ein Virusprotein) erkennen und binden. Diese Bindung ist spezifisch, das heißt ein Antikörper erkennt ein bestimmtes Protein. Erkennt ein Antikörper ein Virusprotein, so kann das körpereigene Immunsystem aktiviert werden bzw. teilweise auch direkt das Protein in seiner Funktion hindern („neutralisieren“). Die beiden wichtigsten Immunglobuline (Ig) stellen dabei IgM und IgG dar. IgM wird noch während einer Infektion gebildet, IgG wird erst nach einiger Zeit gebildet, bleibt dafür jedoch lange erhalten (Mahajan und Manchikanti 2020; Murphy und Weaver 2018). Abhängig davon wie lange die Infektion her ist, lassen sich also unterschiedliche Antikörper nachweisen.

Beim Antikörper-Test werden spezifische Antikörper erkannt, die auf eine bereits vergangene Infektion hindeuten können.

Generell eignet sich dieser Test also eher, um vergangene Infektionen nachzuweisen. Speziell bei SARS-Cov-2 ist jedoch unklar, ob alle Personen nach einer durchgemachten Infektion IgG ausbilden (Sette und Crotty 2020) bzw. nur weil eine bestimmte Antikörpermenge nachgewiesen werden konnte, bedeutet dies nicht automatisch, dass eine Immunität vorliegt. Deshalb ist dieser Test derzeit noch umstritten. (Gousseff et al. 2020)

Zusammenfassend und in Bezug auf das SARS-CoV-2 Virus können also der PCR-Test und der Antigen-Test eine aktuelle Infektion nachweisen, der Antikörper Test kann jedoch nur vergangene Infektionen nachweisen.

Literatur:

Gousseff, Marie; Penot, Pauline; Gallay, Laure; Batisse, Dominique; Benech, Nicolas; Bouiller, Kevin et al. (2020): Clinical recurrences of COVID-19 symptoms after recovery: Viral relapse, reinfection or inflammatory rebound? In: The Journal of infection 81 (5), S. 816–846. DOI: 10.1016/j.jinf.2020.06.073.

Mahajan, Amit; Manchikanti, Laxmaiah (2020): Value and Validity of Coronavirus Antibody Testing. In: Pain physician 23 (4S), S381-S390.

Murphy, Kenneth; Weaver, Casey (2018): Janeway Immunologie. 9. Aufl. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.

Sette, Alessandro; Crotty, Shane (2020): Author Correction: Pre-existing immunity to SARS-CoV-2: the knowns and unknowns. In: Nature reviews. Immunology 20 (10), S. 644. DOI: 10.1038/s41577-020-00430-w.

WHO: Antigen-detection in the diagnosis of SARS-CoV-2 infection using rapid immunoassays (https://www.who.int/publications/i/item/antigen-detection-in-the-diagnosis-of-sars-cov-2infection-using-rapid-immunoassays)