Wie funktioniert ein PCR Test?

Olivia Berger, Studentin am MCI, arbeitet neben ihrem Studium in einem PCR Labor. Wir haben die Studentin des Studiengangs Bio- und Lebensmitteltechnologie zu ihrer Arbeit befragt.

Frau Berger, Sie studieren seit 2018 im Bachelorstudium Bio- und Lebensmitteltechnologie hier am MCI. Nun arbeiten Sie neben dem Studium in einem Labor für Mikrobiologie und werten dort PCR Tests aus. Welche Fächer in ihrem Studium waren für Ihre jetzige Tätigkeit besonders hilfreich?

Es beginnt bereits mit den Grundlagen der Biologie um ein allgemeines Verständnis für biologische Abläufe zu bekommen. Alle biologischen Fächer (Mikrobiologie, Molekulare Zellbiologie, …) sind für das Arbeiten im Labor sehr wichtig. Eigentlich kann man wenig Fächer ausschließen, die nicht hilfreich sind, da es meist ein Zusammenspiel aus mehreren Bereichen ist. Die Biochemie zum Beispiel hilft dabei, Abläufe oder nicht erwartete Produkte zu erklären und die Thermodynamik um gewisse Abläufe zu optimieren.

Sie arbeiten im Labor „Pathologielabor Dr. Obrist Dr. Brunnhuber OG“ in Zams. Wie sieht denn momentan ein Arbeitstag bei Ihnen aus?

Ich bin in der Abteilung Mikrobiologie beschäftigt. Hier werden die Covid 19 Testungen mittels PCR durchgeführt. Mein Arbeitstag beginnt entweder um 06:00 oder um 14:00 Uhr. Meine Hauptaufgabe besteht darin, mit meinem Arbeitskolleg/innen alle SARS-CoV2-Proben innerhalb kürzester Zeit ab zu arbeiten.

Wir arbeiten mit verschiedenen Arbeitsmitteln um gleichzeitig mehrere Läufe (ein Lauf besteht aus 94 Proben) abarbeiten zu können. Die schnellste Methode ist die manuelle Extraktion. Hier wird die Extraktion der Virus-RNA händisch mit Hilfe von Zentrifugen und verschiedenen Puffern durchgeführt.

Ebenso befinden sich mehrere Automatisierungsautomaten in unserem Labor, die diese Extraktion selbstständig durchführen können. Wenn die Extraktion abgeschlossen ist, erfolgt die RT-PCR. Hier wird die gesuchte RNA, meist das N-Gen des SARS-CoV2, vervielfältigt. Befand sich in der Probe RNA des Virus kann sie somit nachgewiesen werden.

Momentan ist der Begriff PCR Test ja in aller Munde. Für was steht denn PCR eigentlich?

PCR steht für “polymerase chain reaction (Polymerase-Kettenreaktion)“ und damit kann DNA vervielfältigt werden. Eigentlich wird bei den SARS-CoV2 Tests eine RT-PCR, also eine sogenannte Real Time-PCR durchgeführt. Der Unterschied besteht darin, dass die RT-PCR während der Vervielfältigung durch Fluoreszenzfarbstoff in Echtzeit die Menge an PCR-Produkt messen kann.

Zu Beginn werden die gewonnene Probe aus RNA und verschiedenen Reagenzien zusammen in eine PCR-Platte pipettiert. Durch die Zugabe des Enzyms Reverse-Transkriptase wird die RNA in DNA umgeschrieben. Nur so kann sie mit der RT-PCR vervielfältigt werden.

Das Gerät erhitzt zu Beginn auf 94°C um die doppelsträngige DNA in zwei Einzelstränge zu trennen.  Anschließend wird die Temperatur soweit abgesenkt, um die optimale Temperatur für die Primer zu erreichen. Diese binden an die Einzelstränge der DNA. Anschließend wird auf die Arbeitstemperatur von 72°C des Enzyms DNA-Polymerase aufgeheizt. Dieses Enzym synthetisiert neue DNA-Stränge. Danach folgt wieder der erste Schritt mit der Erhitzung auf 94°C. Diese Schritte werden in unserem Labor bis zu 45-mal wiederholt.

Die gebildeten DNA-Stränge sind mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert und können dadurch nachgewiesen werden.

Und wie genau wird jetzt bestimmt ob eine Probe negativ oder positiv ist?

Ist eine Probe positiv, werden die vervielfältigten, fluoreszenzmarkierten DNA-Stränge des Gens durch ein Signal detektiert. Werden bei einer Probe bereits früh neu gebildete DNA-Stränge gebildet und gemessen, wird das Signal bei jedem Durchgang stärker. Dies ergibt sich durch den Anstieg der DNA-Stränge pro Zyklus. Aus diesen Signalen wird auch der berühmt berüchtigte ct-Wert abgelesen. Dieser besagt, nach wie vielen Zyklen genug DNA vervielfältigt wurde (vormals RNA des Virus), um detektiert zu werden. Je kleiner der ct-Wert, desto schneller wurde das gesuchte DNA-Stück detektiert und umso höher ist das Ansteckungspotenzial. Ist ein ct-Wert über 35, dann ist die Ansteckungsgefahr nicht mehr gegeben und die Probe wird als negativ rausgegeben. Alle unter einen Wert von 35 werden optisch mit einem 4-Augen-Prinzip kontrolliert, um sicherzustellen, dass die Kurve einen signifikanten Verlauf darstellt.

Ist eine Probe negativ, dann wird keine RNA verarbeitet und somit gibt es auch keine Detektion.

Natürlich haben wir auch immer Kontrollproben, die bei jedem Lauf mit getestet werden. Die positive Probe besteht aus dem nachzuweisenden Gen und muss immer positiv angezeigt werden. Die negative Probe besteht aus den Ausgangsreagenzien nur ohne Probe und muss immer negativ ausgewertet werden. Ist einer dieser Kontrollen nicht 100% aussagekräftig wird der Lauf nicht freigegeben und muss vollständig wiederholt werden.

Wie viele Proben pro Tag werden in dem Labor ausgewertet?

Im Sommer 2020 hatten wir den Höchststand mit 3000 bis 5000 Proben am Tag erreicht. Heute sind es noch circa 1000 bis 2000 Proben am Tag.

Was ist die größte Herausforderung für Sie in diesem Job?

Die größte Herausforderung ist die Arbeit richtig einzuteilen. Eine Probe eines Patienten / einer Patientin im Krankenhaus hat mehr Priorität als eine Probe aus dem Tourismus. Und trotzdem müssen beide Proben schnellstmöglich und mit größter Sorgfalt abgearbeitet werden.

Für mich ist bei dieser Arbeit sehr wichtig, dass man nicht vergisst, dass hinter jeder Probennummer ein Mensch steht.