Verfahrenstechnik 5/2020

VERFAHRENSTECHNIK IM

VERFAHRENSTECHNIK IM ALLTAG I SERIE Im Akkord Covid-19: PCR-Diagnostik zum Erregernachweis Das neue Coronavirus beherrscht seit Monaten die Nachrichten. Weltweit suchen Wissenschaftler nach wirksamen Therapien und einem Impfstoff. Ein weiterer wichtiger Baustein in der Virus- bekämpfung ist ein Nachweis- verfahren, das seit Januar zur Verfügung steht. den in sehr kurzer Zeit sehr viele – mehr als verfügbar sind – Intensivbetten benötigt. Neben der sozialen Distanzierung gehören auch umfassende Tests auf den neuartigen Erreger zur Gefahrenabwehr. Nur so lassen sich potenzielle Viren(über)- träger sicher identifizieren, unter Quarantäne stellen und behandeln. Spezifische Identifikation Zum Nachweis der Coronaviren wird die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) eingesetzt, die seit den 1980er-Jahren zu den Standardverfahren im molekularbiologischen Labor gehört. PCR ist eine Methode, um die Erbsubstanz in vitro zu vervielfältigen. Dazu wird das Enzym DNA-Polymerase verwendet. Der Begriff Kettenreaktion beschreibt die Tatsache, dass die Produkte vorheriger Zyklen als Ausgangsstoffe für den nächsten Zyklus dienen und somit eine exponentielle Vervielfältigung ermöglichen. In den hierzu verwendeten Thermocyclern lassen sich viele PCR gleichzeitig durchführen. Für eine labordiagnostische Abklärung des Verdachts auf eine Infektion mit dem SARS-CoV-2 wurden PCR-Nachweissysteme u. a. auch vom Konsiliarlabor für Coronaviren (Charité Berlin) entwickelt und vorläufig validiert. Das Virusgenom besteht, wie in Coronaviren üblich, aus einzelsträn- Die Corona-Pandemie hält Deutschland und die ganze Welt in Atem. Täglich infizieren sich weiterhin viele Menschen mit dem neuartigen Erreger SARS-CoV-2. Und auch wenn eine Infektion ohne Krankheitszeichen ablaufen kann und bei den meisten Patienten nur milde Verläufe zu beobachten sind, kann die Infektion bei Risikogruppen mit schweren Lungenentzündungen und Lungenversagen einhergehen und zum Tod führen. Um alle Patienten mit schwerem Verlauf bestmöglich behandeln zu können, kommt es vor allem darauf an, die Infektionsrate so weit zu senken, dass der exponentielle Anstieg gestoppt wird. Denn andernfalls wergiger RNA. Daher erfolgt der Nachweis mit der sog. qRT-PCR: In diesem dreistufigen Prozess wird die RNA nach einer Reinigung in DNA umgeschrieben und anschließend Teile der DNA spezifisch vermehrt. Bei dieser real-time PCR wird der Reaktion ein zunächst inaktiver Fluoreszenzfarbstoff beigemischt, der durch die DNA-Produktion aktiv wird. Bei jedem Zyklus – also „in Echtzeit“ – wird die Fluoreszenz gemessen, woraus man auf die Menge der amplifizierten DNA schließen kann. Die Methode basiert auf der Detektion von zwei Nukleotidsequenzen – das erste Gen codiert für die Virushülle, das zweite Gen für die RNA-abhängige RNA-Polymerase. Das erste Assay dient als Screening, da es mehrere Virusspezies der Untergattung Sarbecovirus (aus der Gattung Betacoronavirus) nachweist. Verläuft diese Untersuchung positiv, so ist ein Bestätigungs-Assay auf das zweite Gen durchzuführen. Falls auch hier ein positives Ergebnis erhalten wird, schließt sich als drittes ein Charakterisierungs-Assay an. Die letzten beiden Assays verwenden eine Gensonde, die für SARS-CoV-2 spezifisch ist, beim zweiten Assay ist zusätzlich eine Sonde enthalten, die zur Nukleotidsequenz sowohl des RNA- Teilstücks des SARS-CoV als auch des SARS-CoV-2 passt. z Foto: tilialucida/stock.adobe.com 42 VERFAHRENSTECHNIK 05/2020 www.verfahrenstechnik.de

VORSCHAU IM NÄCHSTEN HEFT: 6/2020 ERSCHEINUNGSTERMIN: 02. 06. 2020 • ANZEIGENSCHLUSS: 14. 05. 2020 01 02 03 04 01 Digitale Zwillinge punkten durch die Einsparung physikalischer Prototypen und die Möglichkeit, Verhalten, Funktionalität und Qualität des realen Zwillings unter jedem relevanten Aspekt zu simulieren (Foto: Halfpoint/stock.adobe.com) 02 Ventilatoren stellen in der Wasseraufbereitung Luft als Oxidationsmittel und als Träger für den Gasaustausch zur Verfügung (Foto: Elektror) 03 Mit einer standardisierten Integrationsschnittstelle lassen sich Komponenten wie Pumpen unkompliziert und schnell ins Prozessleitsystem integrieren (Foto: Thorsten Sienk) Der direkte Weg Internet: www.verfahrenstechnik.de E-Paper: digital.verfahrenstechnik.de Redaktion: redaktion@verfahrenstechnik.de 04 Viele Stoffe können unter bestimmten Bedingungen explodieren – und dann kommt es auf das richtige Konzept an, um Schlimmeres zu verhindern (Foto: Sirius125/stock.adobe.com) (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 05/2020 43