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Atemluft verrät »Superspreader»

Die Menge der Coronaviren im Nasen-Rachen-Abstrich sagt wenig darüber aus, wie viele Viren tatsächlich in die Umgebung abgegeben werden. Zu diesem Schluss kommt eine Pilotstudie, in der zusätzlich die Viruslast in der ausgeatmeten Luft untersucht wird.

Wissenschaftlerin beim Pipettieren
© pur.pur

Im Labor pipettiert Madiha Malik eine Extraktionslösung in das Gerät, mit dem die ausgeatmete Luft aufgefangen wurde. In einem vorhergehenden Analyseschritt ­wurden die Viren inaktiviert.

Die Prozedur im Testzentrum ist mittlerweile Routine: Bei leicht in den Nacken gelegtem Kopf der zu testenden Person wird das Wattestäbchen langsam entlang der Nasenscheidewand tief in die Nase bis zur Rachenwand geschoben und beim Herausziehen hin und her gedreht. Solche Nasen-Rachen-Abstriche sind die derzeitige Referenzmethode der Probenentnahme für den PCR-Nachweis von SARS-CoV-2. Eine andere Nachweismethode über die Ausatemluft hat Madiha Malik vom Pharmazeutischen Institut unter die Lupe genommen. »Wenn es darum geht, Infektionsketten zu erkennen, zu unterbrechen und das Infektionsgeschehen zu minimieren, ist die Virusmenge entscheidend, die wirklich in die Umgebung abgegeben wird», erklärt die Doktorandin in der Abteilung Klinische Pharmazie.

Malik untersucht in ihrer Doktorarbeit am Pharmazeutischen Institut, inwiefern die ausgeatmete Luft eines Menschen diagnostisch nutzbar ist und welche Parameter sich im Atem einer Person bestimmen lassen. Denn genauso wie sich in einer Blutprobe wichtige Anzeichen befinden, die auf Krankheiten hindeuten, kann auch der Atem diagnostisch relevant sein. »Genutzt wird das bisher jedoch noch kaum systematisch», sagt ihr Doktorvater Professor Thomas Kunze, dabei gebe es gute Gründe dafür. Naheliegend sei es zum Beispiel, Viren wie SARS-CoV-2, die über die Luft übertragen werden, in der Atemluft nachzuweisen. Ob das geht und wie sich das im Vergleich zur herkömmlichen Methode darstellt, untersuchte Malik in einer Pilotstudie an Patientinnen und Patienten, die von Juli bis November 2020 ins Krankenhaus kamen.

»Allein über einen Abstrich lässt sich nicht ausreichend einschätzen, wie infektiös eine Person ist.«

Madiha Malik

Eingeschlossen in die Studie wurden positiv auf Corona getestete Personen, die nicht auf der Intensivstation behandelt werden mussten. »Wir haben gleichzeitig Proben der Ausatemluft genommen und einen Nasen-Rachen-Abstrich gemacht. Beide Proben wurden identisch mittels PCR analysiert.» Die Patientinnen und Patienten wurden 14 Tage nach ihrer Erstdiagnose begleitet, beziehungsweise so lange sie auf Station waren. Alle zwei Tage wurden Proben genommen, um zu erfassen, wie sich die Virusmenge im Lauf der Zeit veränderte. Die Messung der Atemluft erfolgte mit einem Gerät, das denen von Asthmasprays ähnelte. Die Studienteilnehmenden atmeten 20-mal durch ein Mundstück aus. Ein Filter in dem Gerät fing die winzigen Viruspartikel auf. Diese Filter wurden anschließend analysiert.

Mensch pustet in ein kleines blaues Gerät
© Thomas Kunze, Pharmazeutisches Institut

Mit diesem kleinen Gerät lässt sich die aufgesammelte Luft sammeln.


Die Analyse der Proben ergab, dass Abstriche der oberen Atemwege zwar ein effizientes Instrument für die COVID-19-Diagnose darstellen, jedoch keine genaue Vorhersage darüber erlauben, wie viele Viruskopien tatsächlich von infizierten Personen ausgeatmet werden. »Die Viruslast in den Abstrichen war signifikant höher als in den Proben der Ausatemluft. Aber es gab keine Korrelation zwischen den gleichzeitig genommen Proben der Nasen-Rachen-Schleimhaut und der Ausatemluft«, so Malik. Das heißt, die Virusmenge, die eine infizierte Person in die Umgebung abgibt, spiegelt sich nicht in der gefundenen Virusmenge im Nasen-Rachen-Abstrich wider. Auffällig war dagegen eine sehr hohe Heterogenität der Virusmenge im Atem. »Manche haben zum Beispiel direkt am Anfang der Infektion nur 92 Viren in 20 Zügen ausgeatmet, wohingegen andere Personen zum gleichen Zeitpunkt ihrer Infektion fast 30.000 Viren ausgeschieden haben. Die logische Konsequenz ist: Allein über einen Abstrich lässt sich nicht ausreichend einschätzen, wie infektiös eine Person ist.« Dagegen könnte die Analyse der Virusmenge in der Ausatemluft dabei helfen, sogenannte Superspreader frühzeitig zu identifizieren.

Zwar weist die in der renommierten Zeitschrift International Journal of Infectious Diseases veröffentlichte Arbeit eine relativ geringe Zahl untersuchter Personen auf. »Wir sind dennoch davon überzeugt, dass Tests der Ausatemluft von enormer Bedeutung sind, um die Herausforderungen einer Pandemie wie Corona noch besser zu bewältigen. Sie sollten daher in Maßnahmen zur Infektionsprävention und -kontrolle aufgenommen werden», betont Professor Thomas Kunze.

Corona ist nur ein Beispiel dafür, wo die Untersuchung der Atemluft sinnvoll sein könnte. »Die ausgeatmete Luft eines Menschen ist so individuell wie ein Fingerabdruck», sagt Malik, die in einem nächsten Schritt das Ausatemprofil von Menschen mit anderen Erkrankungen analysieren möchte. Eventuell ergeben sich hieraus vielversprechende diagnostische Möglichkeiten.

Autorin: Kerstin Nees

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