Coronavirus: Warum Corona-Tests nach Erkrankung noch lange positiv sein können

Corona: PCR-Test noch lange nach Genesung positiv

In den ersten Monaten der Corona-19-Pandemie bemerkten Mitarbeitende des Gesundheitswesens, die die Testergebnisse analysierten, etwas Seltsames: Bei Patientinnen und Patienten, die sich bereits von COVID-19 erholt hatten, fielen PCR-Tests manchmal unerklärlicherweise Wochen oder sogar Monate später positiv aus. Forschende haben nun eine Erklärung dafür.

Zwar können sich Menschen zweimal mit dem Coronavirus SARS-CoV-2 infizieren, doch dies schien bei diesen Patientinnen und Patienten nicht der Fall zu sein. Aus ihren Proben wurden keine lebenden Viren isoliert, und einige Untersuchungen ergaben diese falsch positiven Ergebnisse, selbst wenn die Betroffenen in Quarantäne waren. Außerdem haben RNAs im Allgemeinen eine kurze Lebensdauer – die meisten bleiben nur einige Minuten bestehen -, sodass es unwahrscheinlich war, dass positive Tests das Ergebnis restlicher RNAs sind.

Genesene weiterhin positiv

Laut einer aktuellen Mitteilung könnte ein Papier von Forschenden vom Whitehead Institute in Cambridge nun eine Antwort darauf geben, warum einige Patientinnen und Patienten nach der Genesung von COVID-19 weiterhin positiv getestet werden.

In dem Artikel, der in der Fachzeitschrift „Proceedings der National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht wurde, zeigen Prof. Rudolf Jaenisch und Mitarbeitende, dass sich genetische Sequenzen des RNA-Virus SARS-CoV-2 durch einen als reverse Transkription bezeichneten Prozess in das Genom der Wirtszelle integrieren können.

Diese Abschnitte des Genoms können dann in RNAs „eingelesen“ werden, die möglicherweise durch einen PCR-Test aufgenommen werden könnten.

In das Genom integriert

SARS-CoV-2 ist nicht das einzige Virus, das sich in das menschliche Genom integriert. Rund acht Prozent unserer DNA bestehen laut den Fachleuten aus den Überresten antiker Viren. Einige Viren, sogenannte Retroviren, sind auf die Integration in die menschliche DNA angewiesen, um sich selbst zu replizieren.

„SARS-CoV-2 ist kein Retrovirus, was bedeutet, dass es für seine Replikation keine reverse Transkription benötigt“, erklärt der Postdoc des Whitehead Institute und Erstautor Liguo Zhang. „Es wurden jedoch nicht-retrovirale RNA-Virussequenzen im Genom vieler Wirbeltierarten, einschließlich des Menschen, nachgewiesen.“

Vor diesem Hintergrund begannen Zhang und Jaenisch Experimente zu entwerfen, um zu testen, ob diese virale Integration mit dem neuartigen Coronavirus stattfinden könnte. Mit Hilfe von Alexsia Richards infizierten die Forschenden menschliche Zellen im Labor mit dem Coronavirus und sequenzierten zwei Tage später die DNA aus infizierten Zellen, um festzustellen, ob sie Spuren des genetischen Materials des Virus enthielt.

Um sicherzustellen, dass ihre Ergebnisse mit unterschiedlichen Methoden bestätigt werden konnten, verwendeten sie drei verschiedene DNA-Sequenzierungstechniken. In allen Proben fanden sie Fragmente von viralem genetischem Material (obwohl die Forschenden betonen, dass keines der inserierten Fragmente ausreichte, um ein lebendes Virus zu erzeugen).

„Springende Gene“

Anschließend untersuchten sie die DNA, die die kleinen viralen Sequenzen flankiert, auf Hinweise auf den Mechanismus, durch den sie dorthin gelangten. In diesen umgebenden Sequenzen fanden die Forschenden Retrotransposons.

Transposons werden manchmal als „springende Gene“ bezeichnet und sind DNA-Abschnitte, die sich von einer Region des Genoms in eine andere bewegen können. Sie werden häufig aktiviert, um unter Bedingungen mit hohem Stress oder während Krebs oder Alterung zu „springen“. Ein häufiges Transposon im menschlichen Genom ist das LINE1-Retrotransposon.

„Es gibt einen sehr klaren Fußabdruck für die LINE1-Integration“, sagt Jaenisch. „An der Verbindung der viralen Sequenz mit der zellulären DNA erfolgt eine Duplikation mit 20 Basenpaaren.“

Neben der Duplikation ist ein weiteres Merkmal als Beweis für die LINE1-vermittelte Integration eine LINE1-Endonuklease-Erkennungssequenz. Die Fachleute identifizierten diese Merkmale in fast 70 Prozent der DNAs, die virale Sequenzen enthielten, jedoch nicht in allen, was darauf hindeutet, dass sich die virale RNA möglicherweise über mehrere Mechanismen in zelluläre DNA integriert.

RNA-Transkripte aus verschiedenen Probentypen

Um die Integration des Virus außerhalb des Labors zu überprüfen, analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler veröffentlichte Datensätze von RNA-Transkripten aus verschiedenen Probentypen, einschließlich COVID-19-Patientenproben.

Mit diesen Datensätzen konnten Zhang und Jaenisch den Anteil der Gene berechnen, die in den Zellen dieser Patientinnen und Patienten transkribiert wurden und virale Sequenzen enthielten, die aus integrierten viralen Kopien abgeleitet werden konnten.

Der Prozentsatz variierte von Probe zu Probe, aber für einige scheint ein relativ großer Teil der viralen Transkripte von viralem genetischem Material transkribiert worden zu sein, das in das Genom integriert ist.

Anstatt nur Transkripte zu zählen, die virales Material enthielten, untersuchten die Forschenden, in welche Richtung die Transkripte gelesen worden waren. Wenn die Transkripte das Produkt einer zufälligen viralen Integration in das Genom wären, würde es eine Aufteilung von nahezu 50-50 geben – die Hälfte der Transkripte wäre vorwärts gelesen worden, die andere Hälfte rückwärts, relativ zu den Wirtsgenen.

„Dies ist, was wir in einigen Patientenproben gesehen haben“, so Zhang. „Es deutet darauf hin, dass ein Großteil der viralen RNA in einigen Proben aus integrierten Sequenzen transkribiert werden konnte.“

Möglicher kontinuierlicher Schutz gegen das Virus

Da der von ihnen verwendete Datensatz recht klein war, betont Jaenisch, dass weitere Informationen erforderlich sind, um genau festzustellen, wie häufig dieses Phänomen im wirklichen Leben auftritt und was es für die menschliche Gesundheit bedeuten könnte.

Es ist möglich, dass nur sehr wenige menschliche Zellen überhaupt eine virale Integration erfahren. Im Fall eines anderen RNA-Virus, das sich in das Genom der Wirtszelle integriert, enthielt nur ein Bruchteil eines Prozent der infizierten Zellen (zwischen 0,001 und 0,01) integrierte virale DNA. Für SARS-CoV-2 ist die Häufigkeit der Integration beim Menschen noch unbekannt.

Dieser Anteil kann sehr gering sein, sagt Jaenisch. „Aber selbst wenn es selten vorkommt, gibt es mehr als 140 Millionen Menschen, die bereits infiziert sind, oder?“

In Zukunft wollen Jaenisch und Zhang untersuchen, ob die Fragmente des genetischen Materials von SARS-CoV-2 von der Zelle zu Proteinen verarbeitet werden können. „Wenn dies der Fall ist und Immunantworten auslöst, kann dies einen kontinuierlichen Schutz gegen das Virus bieten“, so Zhang.

Sie hoffen auch zu untersuchen, ob diese integrierten DNA-Abschnitte teilweise für einige der langfristigen Autoimmunfolgen verantwortlich sein könnten, die bei einigen COVID-19-Erkrankten auftreten. „Derzeit können wir nur spekulieren“, sagt Jaenisch. „Wir glauben jedoch, dass wir erklären können, warum einige Patienten langfristig PCR-positiv sind.“ (ad)