Analysen, um der Pandemie beizukommen

Auch wenn die erste Welle der Pandemie in der Schweiz ihren H?hepunkt ¨¹berschritten hat, bleiben Coronavirus-Diagnostikverfahren zentral. Einerseits wird es weiterhin darum gehen, Personen zu testen, die sich m?glicherweise angesteckt haben, damit sich diese im Fall einer best?tigten Infektion isolieren k?nnen und so ein erneutes Aufflammen der Epidemie verhindert werden kann. Andererseits wird man nun auch untersuchen, bei wie vielen Personen das Immunsystem nach einer (allenfalls auch unbemerkten) Infektion Antik?rper gebildet hat. Wissenschaftler vermuten, dass erkrankte Personen zumindest vor¨¹bergehend gegen eine erneute Infektion immun sind.

Obschon die experimentelle Forschung an der ETH vor¨¹bergehend eingestellt wurde, arbeiten einige Wissenschaftler in Abstimmung mit dem ETH-Vizepr?sidenten f¨¹r Forschung an der Weiterentwicklung von Tests f¨¹r den Nachweis entweder des Pandemievirus oder von Antik?rpern, welche das Virus nach dem Schl¨¹ssel-Schloss-Prinzip erkennen.

Schneller und sparsamer Virustest

Das Virus selbst wird in Labors weltweit routinem?ssig anhand seines genetischen Fingerabdrucks (RNA-Sequenz) nachgewiesen. Dazu kommt in der Regel die sogenannte PCR-Methode zum Einsatz. Mit dieser l?sst sich bestimmen, ob zum Beispiel in einem Rachenabstrich Erbgut des Pandemieerregers vorhanden ist. Bei dieser Methode werden kurze Virus-Gen-Abschnitte in einem zyklischen Prozess vervielf?ltigt, wobei das entsprechende Laborger?t die Probe immer wieder aufheizen und abk¨¹hlen muss. Ausserdem braucht es f¨¹r die Methode bestimmte Laborchemikalien, die in der gegenw?rtigen Situation weltweit knapp geworden sind.

Die Gruppe von ETH-Professor Wendelin Stark hat in den vergangenen Jahren ein verbessertes und kosteng¨¹nstiges PCR-Ger?t entwickelt, welches mit winzigen Probenbeh?ltnissen aus Metall arbeitet. Derzeit sind Kunststoffbeh?ltnisse Standard. Bei der neuen Methode kann die Probe sehr viel schneller aufgeheizt und abgek¨¹hlt werden, was den Prozess deutlich beschleunigt. Durch die kleineren Beh?ltnisse konnten die Wissenschaftler die Reagenzienmenge zudem auf einen F¨¹nftel reduzieren. Stark und seine Kollegen haben die Serienproduktion des Ger?ts bereits organisiert. Sie planen nun, f¨¹r das Ger?t die beh?rdliche Zulassung zu beantragen. Sobald sie diese erhalten, k?nnen sie das Ger?t vermarkten.

Fingerabdruck bestimmen

ETH-Professor Sai Reddy und die ?Genomics Facility? am Departement Biosysteme der ETH Z¨¹rich in Basel setzen derweil auf eine andere Methode, um das Virus nachzuweisen: Deep Sequencing. Diese verh?ltnism?ssig neue Methode ist ?usserst empfindlich ¨C Reddy sch?tzt sie als deutlich empfindlicher ein als PCR ¨C, und es k?nnen damit in einem Schritt rund 5000 Proben analysiert werden. Ein weiterer grosser Vorteil: Diese Technologie liefert f¨¹r jede Probe auch gleich den genauen genetischen Fingerabdruck (RNA-Sequenz) des Virus. Weil sich der Erreger im Lauf der Zeit minim ?ndert, eignen sich diese Daten f¨¹r Virus-Stammbaumanalysen.

Bei der Analyse und Qualit?tskontrolle der Deep-Sequencing-Rohdaten wird auch eine Bioinformatik-Methode von ETH-Professor Niko Beerenwinkel zum Einsatz kommen. Er entwickelte diese Methode in den letzten Jahren, um damit zu erkennen, ob ein Patient gleichzeitig unterschiedliche genetische Varianten eines Virus in sich tr?gt. Beim HI-Virus beispielsweise beeinflusst eine solche Virusdiversit?t innerhalb eines Patienten Therapieentscheidungen. Ob eine solche Diversit?t auch bei Sars-CoV-2 eine Rolle spielt, m?chte Beerenwinkel untersuchen.

Dunkelziffer und geografische Ausbreitung

Mit den Stammbaumanalysen besch?ftigt sich ETH-Professorin Tanja Stadler. Sie hat eine Zusammenarbeit begonnen mit einem grossen Schweizer Labordiagnostikunternehmen, dessen Hauptstandort in der Nordwestschweiz liegt. Diese Firma wird alle untersuchten Virusproben anonymisiert der Genomics Facility Basel zur Verf¨¹gung stellen. Dort wird deren genetischer Fingerabdruck bestimmt. Stammbaumanalysen werden es Stadler erm?glichen, epidemiologische Kenngr?ssen zu errechnen, unter anderem die Dunkelziffer an Personen, die erkrankt sind, aber nicht getestet wurden und daher in keiner Statistik auftauchen.

Ausserdem wird es mit Stadlers Methoden m?glich sein, die Verbreitung des Virus beinahe in Echtzeit geografisch nachzuzeichnen. Die Wissenschaftlerin wird beispielsweise aufzeigen k?nnen, wie viele der erkrankten Personen sich innerhalb der Nordwestschweiz angesteckt haben, und wie viele sich anderswo infiziert und das Virus anschliessend in die Region hineingebracht haben. Solche Informationen, die allerdings keine R¨¹ckschl¨¹sse auf einzelene Personen erm?glichen, k?nnten das Nachverfolgen von Infizierten und ihren Kontaktpersonen (?Contact tracing?) erg?nzen und den Beh?rden helfen, die Massnahmen zur Bek?mpfung der Pandemie gegebenenfalls anzupassen.

Virus auf Oberfl?chen

Das Pandemievirus wird ¨¹ber Tr?pfchen direkt von Mensch zu Mensch ¨¹bertragen. Wie gross das Risiko ist, sich ¨¹ber T¨¹rklinken, Griffe von Einkaufswagen, Haltestangen im ?ffentlichen Verkehr oder ¨¹ber Bezahlterminals anzustecken, ist wissenschaftlich weitgehend unklar. Ebenso wurde bisher nicht untersucht, wie verbreitet das Pandemievirus in der Schweiz auf solchen Oberfl?chen vorkommt. ETH-Professorin Barbara Treutlein will dieser Frage nachgehen, mit ihrem Team in Basel eine grosse Anzahl an Proben sammeln und diese untersuchen ¨C einerseits ebenfalls mittels Sequenzierung in der Genomics Facility Basel, andererseits mit einer weiteren, relativ jungen Virusnachweismethode, der ?Loop-mediated isothermal amplification?.

Virusproteine f¨¹r Antik?rpertests

Nicht mit dem Nachweis des Pandemievirus selbst, sondern mit der Untersuchung von Blutserum auf darin vorhandene Antik?rper, besch?ftigen sich verschiedene Gruppen am Universit?tsspital und an der Universit?t Z¨¹rich. In Labortests kommen Virusproteine zum Einsatz, mit denen untersucht wird, ob sich in Serumproben Antik?rper befinden, die sich nach dem Schl¨¹ssel-Schloss-Prinzip an diese Virusproteine heften.

Die Gruppen der ETH-Professoren Nenad Ban und Kaspar Locher sind daran oder planen, bestimmte Virusproteine auf biotechnologische Weise in ausreichenden Mengen und hoher Reinheit herzustellen. Sie werden die Proteine an Kollegen der Universit?t Z¨¹rich weiterreichen, welche entsprechende Antik?rpernachweistests entwickeln und diese dem Universit?tsspital f¨¹r die Analyse zur Verf¨¹gung zu stellen werden.