Mittlerweile kennt ihn fast jeder, diesen PCR-Test. Die einen verteufeln ihn in Grund und Boden, die anderen loben ihn in den Himmel. Was leistet dieser Test eigentlich?

Zunächst ist die PCR genau genommen kein Test, sondern ein Verfahren zur Vermehrung von Nukleinsäureabschnitten, wobei die Nukleinsäuren die Träger der Erbinformation sind. Man kann sich das Erbgut eines Virus am einfachsten als eine überlange Perlenkette vorstellen, auf der vier unterschiedlich aussehende Perlen in scheinbar wahlloser Reihenfolge aufgefädelt sind. Die Reihenfolge der vier verschiedenen Perlensorten ist aber keineswegs zufällig, sondern im Gegenteil streng geordnet.

Die Anordnung dieser Perlen stellt die Erbinformation in ihrer elementaren Form dar. Dort steht geschrieben, wie das Virus aussieht, mit welchen Strukturen es an eine menschliche Zelle andockt, wie es sich vermehrt und vieles mehr. Stellen wir die Perlenkette als eine Folge von vier Buchstaben vor, so könnte sie folgendermaßen aussehen:

ATT AAAGG TTTATACCTTCCCAGGTA ACAA ACCAA

Die Leerzeichen dienen nur der besseren Übersichtlich- und Lesbarkeit, sonst haben sie keine Bedeutung.

Die PCR ist nun in der Lage, diese Sequenz - oder genauer gesagt: einen Teil dieser Sequenz - in jedem Arbeitsschritt zu verdoppeln.

Die Teilsequenz AAAGG möge der Startpunkt sein, die Teilsequenz ACAA der Endpunkt. Die PCR ermöglicht es, die zwischen Start- und Endpunkt gelegene Sequenz beliebig oft zu verdoppeln, wobei der Start- und Endpunkt miterfasst wird. Nach zwei Verdoppelungsschritten hat man vier Exemplare, nach vier Verdoppelungen hat man 16 Exemplare und nach 25 Verdoppelungen 30 Millionen Exemplare. Um den Start- und Endpunkt eindeutig zu identifizieren, verwendet man sog. Primer, die auf die Start- und Endsequenz so genau passen wie ein Schlüssel zum Schloss. Passt auch nur einer der beiden Schlüssel nicht, kommt die Kettenreaktion nicht in Gang, der Test fällt dann ergebnislos aus.

Das ist das Prinzip der Polymerase-chain-reaktion, das Kary Mullis gefunden hat, weswegen er dafür zu Recht den Nobelpreis bekommen hat. Die heutzutage verwendeten weiterentwickelten Verfahren zeigen die Vermehrung der Nukleinsäuren in Echtzeit an, indem bei jedem Verdopplungsschritt ein lumineszierender Farbstoff eingebaut wird, mit dem dann die Menge photometrisch erfasst werden kann. In der Praxis sind die Primersequenzen deutlich länger als im obigen Beispiel, auch die dazwischen liegende Sequenz ist deutlich länger, doch das Prinzip ist dasselbe. Obige Beispielsequenz ist übrigens der Beginn der RNA des Sars-Cov2-Virus.

Die Anzahl der Verdopplungsschritte wird als Ct-Wert oder Threshold Cycle bezeichnet. Er beschreibt den Zeitpunkt, wenn es zum exponentiellen Anstieg der Fluoreszenz kommt. Je mehr virale RNA in einer Probe vorhanden ist, desto schneller - also in weniger Zyklen - wird der Wert erreicht. Bei Patienten mit aktiver Infektion liegen Ct-Werte zwischen 10 und 15. Ct-Werte über 30 deuten auf eine niedrige und Ct-Werte über 35 auf eine sehr niedrige Viruskonzentration in der Probe hin. Je höher der Ct-Wert ist, desto mehr steigt die Wahrscheinlichkeit für einen falsch positiven Befund.

Das Verfahren der PCR und das weiterentwickelte Verfahren der Sequenzierung (das ich hier nicht abgehandelt habe) war ein Quantensprung nicht nur für die Medizin, sondern auch für die Forensik, für die Kriminalistik und auch für die Anthropologie. Die Ärzte verwenden dieses Verfahren nicht nur, um Virusinfektionen nachzuweisen, sondern auch, um Tumorerkrankungen zu charakterisieren und neue Behandlungsmöglichkeiten zu finden. In der Kriminalistik und Forensik kann man anhand winziger biologischer Spuren Täter überführen oder Unschuldige entlasten. Die Anthropologie verdankt der PCR Erkenntnisse, die noch vor wenigen Jahrzehnten völlig undenkbar waren. So wissen wir aus solchen Untersuchungen, dass uns der Neandertaler ein winziges Stück seines Erbgutes mitgegeben hat, wir wissen mittlerweile viel über prähistorische Wanderbewegungen und wir wissen auch, dass der Ötzi ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauferkrankungen hatte.