Infektionsserologischen Diagnostik – Grundlagen

Um eine Infektion eures Patienten mit einem Erreger festzustellen, stehen euch verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Entweder ihr weist den Erreger direkt nach oder ihr nutzt indirekte Hinweise auf eine Infektion.

Wollt ihr den Erreger direkt nachweisen, könnt ihr

• Erreger isolieren und anzüchten, z. B. Bakterien
• Antigene des Erreger nachweisen, z. B. das Hbs-Antigens (bei Hepatitis B-Infektion)
• Erbgut eines Erregers in einer Probe identifizieren, z. B. zum Nachweis der HIV-RNA

Bei einem indirekten Nachweis weist ihr dagegen nicht den Erreger oder Teile des Erregers nach, sondern untersucht die Immunreaktion eures Patienten auf den Erreger. Dementsprechend handelt es sich in der Infektionsserologie in der Regel um den Nachweis von Antikörpern gegen bestimmte Erreger.

Hierbei können Antikörper gegen verschiedene Arten von Erregern nachgewiesen werden. Die meisten serologischen Tests beziehen sich auf die Antikörperantwort gegen Viren. Vereinzelt können auch Antikörperantworten gegen Bakterien, z. B. der Anti-Streptolysin-Titer oder die Anti-DNAse-B-Antikörper bei Streptokokkeninfektionen, oder Antikörper gegen Parasiten, z. B. Toxoplasma gondii, nachgewiesen werden.

Kommt unser Körper mit einem Erreger in Kontakt, beispielsweise durch ein in die Haut eindringendes Herpes simplex Virus 1, wird zuerst die unspezifische Immunantwort gestartet. Hierbei handelt es sich um eine Art Vorposten, welcher aus verschiedensten Zellen besteht und das erste Bollwerk gegen eindringende Erreger darstellt. Die Zellen des unspezifischen Immunsystems beginnen, verschiedene Botenstoffe auszuschütten und es kommt zu den typischen Zeichen der Entzündung: Rubor (Rötung), Dolor (Schmerz), Calor (Erwärmung), Tumor (Schwellung) und Functio laesa (Funktionsausfall).
Dies führt dazu, dass nachfolgend die Zellen des spezifischen Immunsystems angelockt werden. Hierbei handelt es sich vor allem um T-Lymphozyten. Die CD4-positiven T-Helferzellen übernehmen darin eine Art Schlüsselstellung und koordinieren die Immunantwort zusammen mit regulatorischen T-Zellen. Die CD8-positiven T-Killerzellen stellen dabei den Angriffstrupp dar, der die infizierten Zellen zerstört, um die Replikation des Virus zu unterbinden. Um noch genauer gegen den Erreger vorgehen zu können, wandeln sich die erregerspezifischen B-Lymphozyten in Plasmazellen um und beginnen mit der Produktion der Antikörper, welche an infizierte Zellen und freie Erreger binden, diese agglutinieren, unschädlich machen und opsonisieren (also markieren), sodass Fresszellen wie Makrophagen die Erreger fressen und verdauen können.

Hierbei werden zu Beginn einer Infektion in den meisten Fällen zuerst IgM-Antikörper gebildet. Diese sind Pentamere und können somit weitaus größere Mengen an Antigenen bzw. Erregern binden. In der Frühphase der Infektion reagiert das Immunsystem also mit einer Antwort, die eher auf Quantität ausgerichtet ist. Dabei sind die IgM-Antikörper zwar schon spezifisch gegen den Erreger, aber noch nicht ausgereift und binden noch nicht mit hoher Festigkeit an den Eindringling. Bei Atemwegsinfekten spielen die IgM-Antikörper auch eine Rolle, jedoch sind die IgA-Antikörper als Antikörper der Schleimhautimmunität hier meistens diagnostisch zielführender.
Im weiteren Verlauf einer Infektion reifen die Antikörper weiter aus. Es kommt zum sog. Isotypen-Switch: die Plasmazellen produzieren immer weniger IgM und immer mehr IgG. Die IgG-Antikörper sind sehr spezifisch und binden fest an den Erreger. Im Verlauf verschwinden IgM-Antikörper gegen die meisten Erreger ganz, sodass nach einer überstandenen Infektion nur noch IgG-Antikörper nachweisbar sind. Es gibt allerdings auch einige Erreger, bei denen die gebildeten IgM-Antikörper auch über längere Zeit, mitunter Jahre, persistieren können.

Um zu beurteilen, wie stark die IgG-Antikörper binden und so auf einen möglichen Infektionszeitpunkt, z. B. bei Infektionen in der Schwangerschaft, zu schließen, kann die Bindungsstärke gemessen werden. Man bezeichnet sie als Avidität.

Zum Nachweis der Antikörper stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Am häufigsten werden ELISAs, also Enzyme-linked-Immuno-Sorbent-Assays, oder Weiterentwicklungen dieser Technik, wie z. B. CLIA oder ECLIA, verwendet.
Hierbei ist das Grundprinzip meist das Gleiche: Auf dem Boden des Reaktionsgefäßes werden die gewünschten Antigene des Erregers, auf welchen man das Blut des Patienten untersuchen will, aufgetragen. Nun wird das Serum des Patienten dazugegeben. Hat der Patient aufgrund eines Kontaktes Antikörper gegen das jeweilige Antigen gebildet, so binden diese Antikörper nun an das Antigen. Nachdem die Reste der Probe abgewaschen wurden, werden nun Antikörper gegen menschliche Antikörper hinzugegeben, die an die an die Antikörper des Patienten binden. Diese speziellen Antikörper sind entweder mit einem Enzym gekoppelt, welches eine Farbreaktion katalysiert (ELISA) oder mit lumineszierenden Substanzen reagiert (CLIA, ECLIA).
Je mehr Antikörper der Patient gebildet hat, desto mehr Nachweisantikörper binden und desto mehr verfärbt sich die Probe bzw. desto mehr Lumineszenz kann gemessen werden.
Vorher hat man das System kalibiert, das heißt, man hat Proben gemessen, deren Antikörper-Konzentration bekanntist und setzt diese in Beziehung mit der Intensität der Verfärbung oder der Lumineszenz. So ergibt sich eine Kurve, an der man für jeden Messwert die Antikörper-Konzentration ablesen kann.