Ab zum Arzt, einen Abstrich nehmen (Corona-Erinnerungen von schnodder-verschmierten Tupfern kommen hoch – bei dir auch?) und binnen Stunden das Ergebnis haben. Das wäre schön! Doch in Wahrheit dauert das alles ein bisschen länger. Warum eigentlich? Geht das nicht schneller?
Lass uns das mal an EHEC etwas näher beleuchten, warum wir etwas länger auf ein Ergebnis warten müssen.
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Von der Stuhlprobe zum Ergebnis: EHEC auf der Spur
Ich erinnere mich noch gut, wie elend mir zumute war, als ich permanent auf die Toilette rennen musste. Das Ziehen in der Magengegend. Das ungute Gefühl, es nicht mehr rechtzeitig zur Toilette zu schaffen. Die vermeintliche Erleichterung, wenn ich mit Durchfall “glücklich” auf dem Thron saß. Nur, damit das Spiel danach gleich wieder von vorn los ging.
Nein, mich plagte hier keine EHEC-Infektion, sondern ein anderer Darminfekt. Und doch kennt bestimmt jeder von uns diese Situation, wenn mit jedem Toilettengang das Gefühl von Schleifpapier über unseren Po streift.
Spätestens, wenn der Durchfall blutig wird – bitte aber auch schon vorher, wenn es partout nicht besser wird – suchen die meisten Menschen den Arzt auf. Ein Glück, wer da noch eines dieser Stufenklos hat… Drei bis vier Tage können hier vergehen, bis von der Infektion der Weg zum Arzt vollzogen wird.
Auch wenn es unangenehm ist – die Stuhlprobe ist für die Diagnostik wichtig
Blutige Durchfälle sind nicht normal. Der Arzt unseres Vertrauens wird dann auch sehr wahrscheinlich darauf bestehen, dass eine Stuhlprobe ans Labor geschickt wird. So unangenehm das Ganze auch ist, es ist enorm wichtig. Denn ohne Probe auch kein Ergebnis. Ohne richtiges Ergebnis keine optimale Therapie, die im Falle von EHEC enorm, ich betone: ENORM wichtig ist. Der Arzt äußert hier meist schon einen ersten Verdacht und gibt diesen auch ans Labor.
Weiter geht es mit der Probe zum Labor. Das kann ein bis zwei Tage dauern. In diesem Primärlabor, als das Labor, dass die Probe als Erstes bearbeitet, untersucht die Probe dann auf den Übeltäter untersucht. Wie und mit welchen Methoden, das ist abhängig vom Labor und auch meist davon, welche am kostengünstigsten ist.
Von Kolonien, Genen und Antikörpern – mit diesen Methoden kommen wir EHEC auf die Schliche
Die Grundlage: Bakterien wachsen auf Agarplatten
Patientenproben, hier also unsere Stuhlprobe, können mit unterschiedlichsten Methoden untersucht werden, um den Übeltäter zu überführen. Eine altbewährte Methode ist die Anzucht von Bakterien auf beispielsweise Agarplatten. Das hat den Vorteil, dass wir das Wachstum der Bakterien vor Augen haben und beurteilen können.
Bakterien wachsen auf Agarplatten als Kolonien. Das sind Ansammlungen von 50-100 Bakterien. Während ein einzelnes Bakterium für unser bloßes Auge nicht sichtbar sind, können wir Kolonien auf der Agarplatten gut erkennen.
Erfahrene Laborbienchen wissen meist schon anhand des Wachstums der Bakterienkolonien, um welches Bakterium es sich handeln könnte. Es gibt Bakterien, deren Kolonien extrem schleimig auf der Agarplatte daherkommen. Andere sind eher klein und zierlich. Wiederum andere groß, glänzend, weiß, gelblich oder sogar rötlich. Die Vielfalt der Bakterien ist enorm.
Dieses Wachstum ist also für eine erste Einschätzung, aber auch für weitere Untersuchungen unerlässlich. Denn wir können eine bestimmte Kolonie, die uns interessiert, gezielt auf einer neuen Agarplatte vermehren. Aus einer Kolonien können dann über Nacht im Falle von E. coli Hunderte neuer Kolonien werden. Der Vorteil: Diese neuen Kolonien sind identisch mit der ursprünglichen.
Du merkst es schon, der Nachteil ist hier: Bakterien müssen wachsen und das machen sie nicht innerhalb von Sekunden. Es braucht mindestens einen Tag, bis wir ausreichend große Kolonien sehen, mit denen im Labor gearbeitet werden kann. Bei einigen Bakterien dauert das sogar noch länger…
DAS ultimative Merkmal von EHEC: das Shigatoxin
Der erste Schritt ist gemeistert: Unser Bakterium hat es geschafft auf Agarplatten zu wachsen und sich zu vermehren. Die perfekte Ausgangslage für den letztendlichen Nachweis. Was wir suchen, sind ganz bestimmte Merkmale, die im besten Fall nur EHEC hat.
Das ist ein bisschen vergleichbar wie wenn wir einen Menschen anhand einer Personenbeschreibung finden wollen. Ist diese zu allgemein, werden wir etliche Personen finden. Alle könnten es sein und wir sind uns unsicher, wer es denn nun wirklich ist. Kennen wir aber ein bestimmtes Merkmal, einen Leberfleck, eine Narbe oder ein Mal, wird unsere Suche einfacher.
Etwa so kannst du es dir bei der Diagnostik vorstellen. Was ist, wenn in der Stuhlprobe gar kein EHEC, sondern vielleicht ein anderes Bakterium vorhanden ist? Oder es gar kein Bakterium, sondern ein Virus war? Mit dieser Aussage steht und fällt eine gute Behandlung des Patienten.
Aber, ich schweife ab. Zurück zu den besonderen Merkmalen von EHEC. Du erinnerst dich hoffentlich, dass EHEC unglaubliche vielfältig sind. Vielfalt ist schön, bei krankmachenden Bakterien erschwert es die Diagnostik aber ungemein (zum Leidwesen aller). Interessanterweise gibt es ein Merkmal, das Shigatoxin, dass von allen EHEC, egal welche anderen Merkmale sie noch haben, produziert wird. Dieses Shigatoxin ist der Auslöser der blutigen Durchfälle und sorgt auch dafür, dass die Nieren geschädigt werden.
Die PCR weist das Gen des Shigatoxins nach
Wir halten also fest: Das Shigatoxin nachzuweisen heißt auch, dass wir EHEC nachweisen. Deswegen wird in der Polymerasen-Kettenreaktion oder kurz PCR das Gen des Shigatoxins nachgewiesen. Dieses Gen, also die Information, mit dem EHEC das Shigatoxin bilden kann, ist in jedem EHEC vorhanden.
Gerät, um eine Polymerase-Kettenreaktion, kurz PCR, durchzuführen
Mit der PCR gehen wir in der Probe quasi auf die Suche nach diesem Shigatoxin-Gen. Einmal gefunden, wird die Information (also die DNA) in 35 Zyklen vermehrt. Das Ergebnis ist innerhalb einiger Stunden vorhanden und gibt uns ein hoffentlich eindeutiges Signal: Wurde die Shigatoxin-DNA gefunden und vermehrt, haben wir ein positives Signal und somit ein positives Ergebnis. EHEC wurde nachgewiesen.
Ein negatives Ergebnis bedeutet, dass keine Shigatoxin-DNA vermehrt wurde und kein EHEC vorhanden ist.
Mit dem ELISA direkt das Shigatoxin nachweisen
Eine andere Methode ist der sogenannte enzymgebundene Immunabsorptionstest (engl. enzyme linked immunosorbent assay, ELISA). Hier werden Antikörper genutzt, die das Shigatoxin “erkennen” und daran binden. Diese Bindung wiederum kann ganz gezielt mit einer Farbe sichtbar gemacht werden.
Je stärker die Farbe des Tests, umso mehr vom Shigatoxin befindet sich in der Probe, weil dann umso mehr Antikörper binden konnten. Keine Farbe bedeutet dann, dass auch kein Shigatoxin gefunden wurde.
Ergebnis ist nicht gleich Ergebnis – was die EHEC-Diagnostik derzeit erschwert
Die PCR und ELISA sind nicht die einzigen Methoden, um EHEC nachzuweisen. Denn mit der Vielfalt der EHEC kommt auch eine Vielfalt der diagnostischen Methoden. Einige weisen nur einen Bruchteil der EHEC nach. Andere wiederum nahezu alle EHEC, weil sie sich auf das Shigatoxin konzentrieren.
Nicht alle Shigatoxine werden erkannt
Doch auch PCR und ELISA bringen Probleme mit sich. Die Antikörper, die im ELISA gebraucht werden, herzustellen ist relativ teuer. Und auch wenn Antikörper sehr genau das Shigatoxin erkennen, gibt es Shigatoxin-Typen, die dieser Erkennung entgehen. Zu den Shigatoxin-Typen im nächsten Blogbeitrag mehr. Das bedeutet für die Diagnostik, dass bei einem negativen Ergebnis dennoch Shigatoxin und somit EHEC vorhanden sein kann. Nur hat der ELISA diesen speziellen Shigatoxin-Typ eben nicht erkannt.
Manchmal kann es auch vorkommen, dass der ELISA positiv ist, obwohl gar kein Shigatoxin in der Probe ist. Hier liegt dann eine unspezifische Reaktion vor und das Ergebnis ist falsch-positiv. Das passiert bei beispielsweise Viren, die einen ähnlichen Aufbau wie das Shigatoxin haben. Die Folge: EHEC wird vermeintlich diagnostiziert und die Behandlung darauf angepasst.
Die PCR ist unglaublich sensibel
Diese Probleme haben wir bei der PCR nicht, denn es wird nur die DNA vermehrt, die wir auch wirklich suchen. Und dennoch hat die PCR ein großes Problem: Ein positives Ergebnis, also Shigatoxin-DNA ist vorhanden, bedeutet noch lange nicht, dass EHEC auch TATSÄCHLICH das Shigatoxin produziert.
Denn es kann sein, dass die Shigatoxin-DNA frei in der Stuhlprobe vorhanden ist. Mit dieser freien DNA kann aber nichts angefangen werden und schon gar kein Shigatoxin produziert werden. Ein positives PCR-Ergebnis würde dazu führen, dass dem Patienten kein Antibiotikum gegeben wird, obwohl EHEC gar nicht der Auslöser des Durchfalls war.
Wie die derzeitige EHEC-Diagnostik zu höheren Fallzahlen führt
Heute wird in der EHEC-Diagnostik folgende Strategie genutzt: Die Proben werden nicht mehr auf Agarplatte kultiviert. Das heißt, wir haben keine Bakterienkolonien mehr. Außerdem wird fast ausschließlich die PCR durchgeführt.
Was bedeutet das für die Diagnostik? Auf diese Weise fällt ein enorm wichtiger Teil weg: Die erfahrenen Laborbienchen können ihre Expertise nicht mehr einsetzen und das PCR-Ergebnis mit den Bakterienkolonien verbinden. Denn es kommt vor, dass die PCR positiv ist und die Bakterienkolonie aber überhaupt nicht zum Ergebnis passt. In solchen Fällen wären sonst weiterführende Untersuchungen durchgeführt worden, um das Ergebnis zu bestätigen oder zu widerlegen.
Genau das ist momentan aber nicht möglich, denn die Diagnostik stützt sich ausschließlich auf die PCR. Und das zeigt sich zum Teil auch in den EHEC-Fallzahlen des letzten Jahres. Der Anstieg von 86 % lässt sich nicht auf große Ausbrüche oder ähnliches zurückführen, sondern wurde auch durch die derzeitige Diagnostik verursacht. Denn interessanterweise wurde letztes Jahr der diagnostische Nachweis verändert und ein PCR-positives Ergebnis ist ausreichend, um EHEC nachzuweisen.
Und hier wird es für mich im Labor spannend. Dass nicht alle EHEC-Proben auch wirklich EHEC-Proben waren, konnte ich mit eigenen Untersuchungen nachvollziehen. Einen Teil der eingesandten EHEC-Proben habe ich im Labor im Vergleich zur PCR mit meinem entwickelten Test untersucht. Viele Proben waren kein EHEC, weder mit der PCR noch mit meinem Test.
Zusammengefasst
Die Diagnostik von bakteriellen Infektionen dauert meistens länger, denn unterschiedliche Punkte treffen hier zusammen:
- von den ersten Symptomen bis zum Arztbesuch können bis zu 4 Tage vergehen,
- von der Probenahme bis zur Ankunft im Labor vergehen 1-2 Tage,
- Bakterien sind lebende Organismen, die Zeit zum Wachsen brauchen: ca. 1-2 Tage
- die eigentlich diagnostische Methode ist innerhalb eines Tages durchgeführt; manchmal ist aber auch eine Wiederholung nötig, wenn das Ergebnis nicht eindeutig ist: 1-2 Tage
Das heißt: Durchschnittlich vergehen 3 bis 6 Tage, bis der Arzt das Ergebnis bekommt. Wenn das Ergebnis also auf sich warten lässt, liegt das bei Bakterien vor allem daran, dass
- Bakterien Zeit zum Wachsen brauchen (und WIR brauchen dieses Wachstum für eine zuverlässige Diagnostik),
- die Tests von erfahrenen Labormitarbeitern durchgeführt werden und
- sie auch mal wiederholt werden müssen.
Hinzu kommt, dass wir auch hier Stellen abgebaut werden oder Mitarbeiter dringend gebraucht werden, um eine zuverlässige Diagnostik sicherzustellen.
Auch wenn das Laborergebnis mal länger dauert und das vor allem bei einer Infektion unglaublich nervt, dann denk daran: Eine gute und zuverlässige Diagnostik ist kein Schnellschuss, sondern braucht die richtigen Methoden, damit DU die optimale Behandlung bekommst.
Die derzeitige EHEC-Diagnostik wird vor allem dadurch erschwert, dass das Ergebnis fast ausschließlich über die PCR ermittelt wird. Zusätzlich hat die Vielfalt der EHEC unzählige diagnostische Methoden hervorgebracht. Jede Methode weist meist ein Merkmal eines Teils der vielfältigen EHEC-Gruppe nach. Sehr häufig aber nicht ALLE EHEC, weswegen oft mehrere Methoden miteinander kombiniert werden (was zusätzlich Zeit in Anspruch nimmt).
Es fehlt derzeit ein Test, der schnell und zuverlässig alle EHEC nachweist und darüber hinaus aktives Shigatoxin, den ultimativen Übeltäter der Symptome einer EHEC-Infektion, anzeigt.
