Molekularbiologische Diagnostik von SARS-CoV-2 in der Abteilung XXI Mikrobiologie

W. Wenzel, H. Granzer, M. Müller und J. P. Krüger

Im Verlauf der COVID-19-Pandemie hat sich wiederholt gezeigt, dass labordiagnostische Kapazitäten auch in hochentwickelten Industrienationen wie Deutschland ein Problem darstellen, insbesondere für die molekularbiologische Diagnostik (Polymerasekettenreaktion, PCR). Aktuell waren sie landesweit bereits zu Beginn der Omikronwelle erschöpft. In der Bundeswehr wurden auf Initiative des Bundeswehrkrankenhauses (BwKrhs) Berlin und der Konsiliargruppe XXI bereits zu Beginn der Pandemie durch das Kommando Sanitätsdienst der Bundeswehr in einem breit abgestimmten und beschleunigten Verfahren für alle BwKrhs, das Bundeswehrzentralkrankenhaus Koblenz und das Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr (InstMikroBioBw) leistungsfähige Analysegeräte für die SARS-CoV-2-PCR beschafft.

Auf der hierfür konsentierten Plattform der Firma Seegene (STARlet IVD) wird die SARS-CoV-2-Diagnostik in der Abteilung XXI Mikrobiologie des BwKrhs Berlin seit Juli 2020 durchgeführt, unterlag jedoch einem steten Wandel der Anforderungen und Möglichkeiten. Weil das parallele Auftreten von Influenza und durch das humane Respiratorische Synzytial-Virus (RSV) verursachte Infektionen in der Wintersaison zu erwarten war, wurde die Diagnostik im Oktober 2020 um diese Erreger erweitert. Ein zusätzlicher Meilenstein war die Akkreditierung der Diagnostik nach ISO 15189 im November 2020. Die Untersuchungszahlen sind im zeitlichen Verlauf in Abbildung 1A dargestellt. Insgesamt wurden von Juli 2020 bis Januar 2021 über 70 000 PCR-Untersuchungen durchgeführt, dabei ergaben sich 1 351 Erstnachweise von SARS-CoV-2, 167 von RSV und 17 von Influenza-A-Virus.

SARS-CoV-2 ist nicht gleich SARS-CoV-2

Mit dem Auftreten der ersten Varianten von SARS-CoV-2, die von der WHO im Dezember 2020 als besorgniserregend bzw. „unter Beobachtung“ eingestuft wurden („variant of concern“ – VOC bzw. „variant of interest“ – VOI), war die Aussage „Corona positiv“ oder „Corona negativ“ nicht mehr ausreichend. Die definitive Unterscheidung der Varianten ist nur mittels zeit- und personalintensiver Genomsequenzierung möglich, die innerhalb der Bundeswehr nur am InstMikroBioBw etabliert ist.

Da jedoch im Verlauf der Pandemie wechselnde patientenindividuelle Konsequenzen aus der nachgewiesenen Variante resultierten (z. B. Dauer der Absonderung oder Therapieindikationen), war eine schnelle Identifikation der Variante erforderlich. Daher wurde in der Abteilung XXI im Februar 2021 eine gezielte PCR zur Identifikation einzelner Mutationen etabliert, anhand derer sich die Variante mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit bestimmen lässt. Diese wurde mit der Zeit auf immer mehr Zielsequenzen erweitert und detektiert mit Stand Januar 2022 zehn unterschiedliche Mutationen (N501Y, E484K, 69/70del, L452R, W152C, K417T, K417N, F490S, P681R, L452Q).

Von den bisher über 900 gezielten Mutations-PCR-Untersuchungen wurden 264 Proben zur Sequenzierung an das InstMikro­BioBw versandt, wovon sich 257 bestätigten, darunter alle VOC (Übereinstimmung 97,5 %). Die in der Abteilung XXI detektierten Varianten sind im zeitlichen Verlauf in Abbildung 1B dargestellt.

Zeitlicher Verlauf und Virusvarianten der PCR-Untersuchungen
Zeitlicher Verlauf und Virusvarianten der PCR-Untersuchungen
Quelle: Bundeswehr/Werner Wenzel

An der Grenze der Kapazität

Bereits im Rahmen der Etablierung SARS-CoV-2-PCR am BwKrhs Berlin wurde die Möglichkeit des Poolens von Proben validiert. In eigenen Untersuchungen zeigte sich, dass Pools bis zu maximal acht Proben ohne signifikanten Verlust an Sensitivität möglich sind, was auch den späteren Empfehlungen des Robert Koch-Instituts entspricht. Damals war der Anlass die allgemeine Knappheit an Verbrauchsmaterialien. Im Anstieg der Deltawelle waren zwar genügend Ressourcen vorhanden, jedoch wurde aufgrund der massiv steigenden Probenzahlen die Kapazität auf den Geräten knapp. Ende November 2021 erfolgte daher die Umstellung des allgemeinen Screenings bei asymptomatischem Personal auf Pools mit je vier Proben. Dadurch konnte die Analysekapazität der Abteilung XXI von ca. 300 Proben pro Tag auf etwa 1 000 erhöht werden. Wichtige Voraussetzung für eine sichere Umsetzung ist die Abbildung der Abläufe in der Laborsoftware, hier „IMP::Mikrobiologie“, mit einer automatisierten Zuordnung der Poolproben und einem Workflow zur Auflösung positiver Pools. Diese Prozesse wurden nach Bereitstellung der Grundfunktionalität durch die Firma IMP Computersysteme AG durch die Autoren eingerichtet.

Jenseits von SARS-CoV-2

Die Flexibilität der anlässlich der COVID-19-Pandemie beschafften Analyseplattform deutet im Labor der Abteilung XXI Mikrobiologie nun auch den Weg heraus aus der Pandemie an. Ab ­Februar 2022 wird eine umfangreiche Diagnostik sexuell übertragbarer (Urogenital-)Infektionen als Multiplex-PCR angeboten und damit die Untersuchung auf den aktuellsten technischen Stand in der Routinediagnostik gehoben. 


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