Steigerung der Genauigkeit, Reduzierung falsch positiver Ergebnisse von PCR-COVID-19-Tests

PCR-Abstrichtests, die nach viraler RNA suchen, sind zum Goldstandard für die Identifizierung einer Infektion mit dem SARS-CoV-2-Virus geworden, aber ihre Ergebnisse sind nicht 100 % genau. Diese Woche in mSystemeberichten Forscher, dass das Testen bestimmter immunbezogener Gene bei einer infizierten Person zusätzlich zur Suche nach genetischem Material des Virus selbst die diagnostische Genauigkeit erhöhen könnte.

Die Forscher verglichen Genexpressionsdaten von Personen, bei denen COVID-19 diagnostiziert wurde, mit denen von Personen, bei denen andere virale Atemwegserkrankungen diagnostiziert wurden, und Personen mit nicht-viralen Erkrankungen. Die Analyse ergab, dass die Expression einer Kombination von 2 Wirtsgenen stark mit einer SARS-CoV-2-Infektion assoziiert ist. Darüber hinaus könnte ein Test für diese genetische Reaktion leicht in bestehende PCR-Assays integriert werden und seine Genauigkeit für bestehende und zukünftige Varianten des Virus beibehalten.

„Wir stellen uns dies als Add-on zu einem PCR-Test vor, der immer noch nach direkten Beweisen für das Virus sucht und die Wirtsgene als Fallback verwendet, um sicherzustellen, dass wir Situationen abfangen, in denen es zu falsch positiven oder falsch negativen Ergebnissen der viralen PCR kommen könnte “, sagte der Computerbiologe Eran Mick, Ph.D., von der University of California, San Francisco.

Mick war einer von 3 Hauptautoren des Papiers. Die anderen beiden waren die UCSF-Mikrobiologin Estella Sanchez-Guerrero, Ph.D., und Jack Albright, ein Student an der Stanford University, der als Highschool-Praktikant am Chan Zuckerberg (CZ) Biohub mit der Arbeit an dem Projekt begann. Der Infektionskrankheitsforscher Charles Langelier, MD, Ph.D., ebenfalls an der UCSF und CZ Biohub, war leitender Autor der Studie.

Die US-amerikanische Food and Drug Administration hat den ersten PCR-Test für COVID-19 im Frühjahr 2020 genehmigt. Bei weit verbreiteter Verwendung ist der Test jedoch anfällig für falsch negative Ergebnisse – insbesondere wenn sich das Virus zu neuen Varianten entwickelt, die der Erkennung entgehen könnten – und falsch positiven Ergebnissen B. durch Kontamination durch andere Proben in einem Prüflabor.

Eine Person, die ein falsch negatives Ergebnis erhalten hat, könnte ohne Behandlung krank werden und das Virus weiter verbreiten. Ein falsch positives Ergebnis kann dazu führen, dass eine Person unnötig isoliert wird oder geplante medizinische Verfahren abgesagt werden.

„Es gibt viele Auswirkungen“, sagte Langelier.

Im November 2020 führten Mick und Langelier eine Studie durch, die zeigte, dass COVID-19 bei infizierten Personen ein einzigartiges Genexpressionsmuster verursacht. Die Beobachtung veranlasste sie zu untersuchen, ob diese Gene einen diagnostischen Nutzen haben könnten. In zuvor veröffentlichten Arbeiten verwendete das Team RNA-Sequenzierungsdaten aus Nasen-Rachen-Abstrichen, um Kombinationen mehrerer Gene zu identifizieren, die als diagnostische Klassifikatoren für COVID-19 dienen könnten.

Laut Langelier ist es jedoch nicht routinemäßig möglich, die Reaktion einer großen Anzahl von Genen zu testen, und sie ist mit bestehenden klinischen PCR-Tests nicht kompatibel. Für die neue Arbeit testeten die Forscher eine Reihe von 2-Gen-Kombinationen, um ein Paar zu finden, das COVID-19 genau diagnostizieren könnte. Sie fanden heraus, dass die optimale Signatur IFI6, ein Gen, das durch Interferon stimuliert und bei COVID-19 im Vergleich zu nicht-viralen Erkrankungen stark induziert wird, und GBP5, das bei anderen Virusinfektionen stark induziert wird, umfasst.

„Es ist wirklich eine Kombination aus einem Gen, das gut darin ist, diejenigen ohne Virusinfektionen von denen mit Virusinfektionen zu trennen [an infection]und ein weiteres Gen, das die COVID-19-Fälle von anderen Virusinfektionen der Atemwege unterscheidet“, sagte Albright.

„Im Rahmen einer Infektion ändern sich so viele verschiedene biologische Prozesse“, sagt Langelier. „Es war überraschend, dass all diese komplexe Biologie auf diese 2 Gene mit Vorhersagewert reduziert werden konnte.“

Nachdem sie das Genpaar identifiziert hatten, zeigte das Team, dass der Klassifikator in einen PCR-Assay aufgenommen werden kann, von Kreuzkontamination unbeeinflusst ist (weil er die Wirtsantwort misst) und für alle gängigen Varianten des Virus funktioniert.

„Es auf eine so kleine Anzahl von Genen zu reduzieren, ist ein Game Changer“, sagte Mick.

Mick wies darauf hin, dass diese 2-Gen-Wirtssignatur in Kombination mit einem viralen PCR-Test zur Diagnose von COVID-19 verwendet werden soll, da es immer noch erhebliche Überschneidungen zwischen der Reaktion auf SARS-CoV-2 und der Reaktion auf andere Virusinfektionen gibt. Ein rein wirtsbasierter Klassifikator könnte jedoch als breit angelegtes Überwachungsinstrument verwendet werden, um Personen zu identifizieren, die mit einem Atemwegsvirus infiziert sind.

Schon vor der Pandemie stellte Mick fest, dass Virusinfektionen ein großes Problem für die öffentliche Gesundheit seien und viele unentdeckt blieben. Ein Diagnosetool, das Virusinfektionen anzeigt, könnte für das Screening gefährdeter Bevölkerungsgruppen in Pflegeheimen oder Krankenhäusern nützlich sein.