Das Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) gehört zur Familie der Coronaviren und wird wie SARS-CoV-1 in die Gattung Betacoronavirus eingeordnet. Das neuartige Virus löste erstmals Ende 2019 eine Infektionswelle aus, die sich zunächst im Januar 2020 in der Volksrepublik China zur Epidemie und anschließend weltweit sehr schnell zur COVID-19-Pandemie ausgebreitet hat.
Die Übertragung von SARS-CoV-2 erfolgt hauptsächlich durch Tröpfchen beim Husten oder Niesen und bei engem Kontakt mit Infizierten. Insbesondere in geschlossenen, schlecht belüfteten Räumen ist auch eine Übertragung durch Aerosole möglich. Die Inkubationszeit beträgt 5-6 Tage; zwischen Ansteckung und dem Auftreten erster Symptome können aber auch bis zu 14 Tage vergehen (WHO, 24.2.2020).
Auch asymptomatische Infizierte können potenzielle Überträger des Coronavirus sein. Bei einem leichten Krankheitsverlauf klingen die Symptome in der Regel innerhalb von 2 Wochen ab. Verläuft die Erkrankung schwerer, dauert die Rekonvaleszenz 3-6 Wochen. Bei rund 81% der registrierten Infektionen ist ein leichter Krankheitsverlauf mit Fieber und einer leichten Lungenentzündung zu beobachten; bei etwa 14% der Fälle ist der Verlauf schwerer und in etwa 5% der Fälle so schwer, dass eine intensivstationäre Behandlung der Patienten erfolgen muss. (Zunyou, W. et al., 2020).
Seit Ende 2020 gibt es diverse Impfstoffe gegen COVID-19, die eine Antikörper-Bildung gegen das S-Protein des SARS-CoV-2-Virus bewirken.
Impf-Antikörper werden in der Regel 14-21 Tage nach der ersten Impfung gebildet und sind 7 Tage nach der zweiten Impfung sicher nachweisbar. Bei Impfstoffen mit nur einer Impfung (z.B. Johnson&Johnson), sind die Antikörper nach 21 Tagen nachweisbar.
Natürliche Antikörper werden in der Regel 10-14 Tage nach einer Infektion gebildet und sind ab diesem Zeitpunkt für mindestens 8 Monate* sicher nachweisbar.
Für die Diagnostik akuter SARS-CoV-2-Infektionen ist der Direktnachweis des Virus mittels Antigen-Schnelltests oder RT-qPCR geeignet. Letzteres basiert auf der Detektion von zwei Nukleotidsequenzen (E- und RdRp-Gen) die in erster Linie aus Probenmaterialien der oberen Atemwege (nasopharyngeale und oropharyngeale Abstriche) und der unteren Atemwege (bronchoalveoläre Lavage, Trachealsekret, Sputum, u.a.) vervielfältigt werden. Dieser Test ermöglicht selbst bei subklinischen oder asymptomatischen Verläufen einen Erregernachweis mit einem Median von 5 Tagen nach dem Viruskontakt bis zu ca. 14 Tagen nach dem Einsetzen der Symptome (Ai, T. et al., 2020).
*laut Wissensstand vom Januar 2021
Der SARS-CoV-2 S1-IgG ELISA ist für den quantitativen Nachweis spezifischer IgG-Antikörper gegen das SARS-CoV-2-Virus, die nach einer Impfung gebildet werden, bestimmt. Der Test unterstützt somit die Kontrolle des Impftiters und das Ergebnis wird in RE/ml (reaktiven Einheiten pro Milliliter) angegeben und gleichzeitig als positiv (>11 RE/ml), grenzwertig (8-11 RE/ml) oder negativ (<8 RE/ml) tituliert.
Das Testprinzip beruht auf der Bindung von SARS-CoV-2-spezifischen Antikörpern an das auf der Mikrotiterplatte immobilisierte rekombinant exprimierte S1-Protein. Nicht-gebundene Antikörper werden nach diesem ersten Schritt durch Waschen entfernt. Während der zweiten Inkubationsphase binden enzymmarkierte Sekundärantikörper, welche gegen humane Antikörper der IgG-Klasse gerichtet sind, an den Antigen-Antikörperkomplex. Nicht-gebundene Sekundärantikörper werden erneut durch Waschen entfernt. Zur Detektion wird eine farblose Substratlösung zugegeben, welches durch das Enzym des Sekundärantikörpers zu einem blauen Farbstoff umgewandelt. Im letzten Schritt wird die Reaktion abgestoppt, es erfolgt gleichzeitig ein Farbumschlag von blau zu gelb. Die Absorption der Lösung wird gemessen und korreliert mit den initial gebundenen Antikörpern gegen das Antigen.
Die folgenden Daten wurden mit DBS-Proben erhoben:
6 Proben (Reaktivität über den gesamten Messbereich verteilt) wurden gemessen. Die Daten wurden an 15 Tagen in zwei Ansätzen pro Tag mit je zwei Replikaten ermittelt. Jedes Replikat ist dabei aus einer eigenständigen Extraktion aus einem getrockneten Blutstropfen erzeugt worden. Die Präzision wird in Form von Standardabweichung (SD) und Variationskoeffizienten (VK) angegeben.
|
|
Probe 1 |
Probe 2 |
Probe 3 |
Probe 4 |
Probe 5 |
Probe 6 |
||||||
|
Mittelwert |
89,23 RE/ml |
55,21 RE/ml |
8,97 RE/ml |
10,06 RE/ml |
1,69 RE/ml |
11,58 RE/ml |
||||||
|
|
SD % |
VK |
SD |
% VK |
SD |
% VK |
SD |
% VK |
SD |
% VK |
SD |
% VK |
|
Repeatability |
7,283 |
8,2 % |
5,324 |
9,6 % |
0,720 |
8,0 % |
0,836 |
8,3 % |
0,309 |
18,3 % |
1,229 |
10,6 % |
|
Between run |
6,824 |
7,6 % |
4,304 |
7,8 % |
0,723 |
8,1 % |
0,586 |
5,8 % |
0,107 |
6,3 % |
0,572 |
4,9 % |
|
Within day |
9,981 |
11,2 % |
6,846 |
12,4 % |
1,020 |
11,4 % |
1,021 |
10,1 % |
0,327 |
19,3 % |
1,356 |
11,7 % |
|
Between day |
4,673 |
5,2 % |
0,000 |
0,0 % |
0,116 |
1,3 % |
0,601 |
6,0 % |
0,200 |
11,8 % |
0,750 |
6,5 % |
|
Within lab |
11,021 |
12,4 % |
6,846 |
12,4 % |
1,027 |
11,4 % |
1,185 |
11,8 % |
0,383 |
22,7 % |
1,549 |
13,4 % |
Hämolytische, lipämische und ikterische Proben ergaben bis zu einer Konzentration von 10 mg/ml Hämoglobin, 20 mg/ml Triglyceriden und 0,4 mg/ml Bilirubin keine Interferenzen im vorliegenden ELISA.
Aufgrund geringer Homologien des S1-Proteins innerhalb der Familie der Coronaviren sind Kreuzreaktionen mit den meisten humanpathogenen Vertretern dieser Virusfamilie nahezu ausgeschlossen. Kreuzreaktionen zwischen SARS-CoV(-1) und SARS-CoV-2 sind wegen ihrer engen Verwandtschaft jedoch wahrscheinlich. Zur genaueren Betrachtung wurden Proben von Patienten mit SARS-CoV(-1)-, HCoV-229E- oder HCoV-OC43-Infektionen untersucht. Kreuzreaktionen mit diesen humanpathogenen Coronaviren konnten in den Untersuchungen nicht beobachtet werden.
Zur Bestimmung der diagnostischen Sensitivität wurden Proben von Patienten mit nachgewiesener SARS-CoV-2-Infektion analysiert. Die im Folgenden angegebene Sensitivität entspricht somit der Prävalenz von Antikörpern gegen SARS-CoV-2 in COVID-19-Infizierten.
Von 46 Patienten, bei denen mittels RT-PCR-Test jeweils anhand einer Probe aus der frühen Infektionsphase eine Infektion mit SARS-CoV-2 bestätigt wurde, lagen mehrere Verlaufsproben vor. Der Antikörpernachweis fiel im Verlauf bei 93,2 % der Patienten nach ≥ 21 Tagen nach Symptombeginn oder positivem Erregerdirektnachweis positiv aus.
Tage nach Symptombeginnoder positivem Erregerdirektnachweis |
Anti-SARS-CoV-2 S1-IgG ELISA |
|||
|
|
positiv |
grenzwertig |
negativ |
Sensitivität |
|
≥ 21 |
41 |
2 |
3 |
93,2% |
Der zeitliche Verlauf der Antikörperbildung und die Antikörperaktivität zu bestimmten Zeitpunkten können stark variieren. In den meisten Patienten sind Antikörper nach Tag 10 nach Symptombeginn oder positivem Erregerdirektnachweis detektierbar. In einzelnen Fällen wurde von einer stark verzögerten Synthese von IgG (> 4 Wochen nach Symptombeginn oder positivem Erregerdirektnachweis) berichtet.
Zur Bewertung der Spezifität des Anti-SARS-CoV-2 S1-IgG ELISA wurden 210 Patientenseren analysiert, die positiv für Antikörper gegen andere humanpathogene Coronaviren, andere Erreger oder für Rheumafaktoren waren, sowie Proben von 230 asymptomatischen und symptomatischen Spendern, die während des Zika-Virus-Ausbruchs in Kolumbien abgenommen worden waren. Zusätzlich wurden 1.018 Proben von Blutspendern, Kindern und Schwangeren, die vor dem Auftreten von SARS-CoV-2 (vor Januar 2020) gewonnen wurden, untersucht. Die Ergebnisse im Grenzwertbereich (n = 5) wurden bei der Berechnung der Spezifität nicht berücksichtigt. Daraus ergibt sich eine Spezifität des Anti-SARS-CoV-2 S1-IgG ELISA von 99,8 %.
Kollektiv |
n |
Anti-SARS-CoV-2 S1-IgG ELISA |
|
|
|
Spezifität |
|
Blutspender |
849 |
99,9 % |
|
Schwangere |
99 |
99,0 % |
|
Kinder |
70 |
100,0 % |
|
Ältere Patienten |
97 |
100,0 % |
|
Asymptomatische Spender während des Zika-Virus-Ausbruch 2015/16 (Kolumbien) |
150 |
100,0 % |
|
Symptomatische Spender während des Zika-Virus-Ausbruch 2016/17 (Kolumbien) |
80 |
98,7 % |
|
Infektionen mit anderen humanpathogenen Coronaviren |
11 |
100,0 % |
|
Influenza (frisch geimpft inkl. Verläufe) |
40 |
100,0 % |
|
Akute EBV-Infektion & heterophile Antikörper |
22 |
100,0 % |
|
Rheumafaktoren |
40 |
100,0 % |
Gesamt |
1.458 |
99,8 % |
