Ein Beitrag von Aliyah Weinstein, Ph.D.
Die rasche Ausbreitung des neuartigen Coronavirus, SARS-CoV-2, hat die Entwicklung neuartiger Assays erforderlich gemacht, mit denen das Vorhandensein des Virus in Patientenproben oder der Nachweis einer kürzlich erfolgten Infektion diagnostiziert werden kann. Eine dieser Strategien sind Assays zum Nachweis von Anti-SARS-CoV-2 Antikörpern in Patientenseren.
Bethyls SARS-CoV-2-ELISA weist Antikörper gegen die Rezeptor-Bindungsdomäne (RBD) des Spike-Proteins von SARS-CoV-2 (S1-RBD) im Serum von Patienten nach, die kürzlich mit dem Virus in Kontakt gekommen sind. Die S1-RBD ist für den Eintritt des Virus in menschliche Zellen über den ACE2-Rezeptor verantwortlich. Während SARS-CoV-2 in vieler Hinsicht dem SARS-CoV-Virus ähnelt, das den SARS-Ausbruch im Jahr 2003 verursachte, ist das Spike-Protein von SARS-CoV-2 evolutionär verschieden1. Tatsächlich ist das Spike-Protein von SARS-CoV-2 zu 97,7% identisch mit dem Spike-Protein des Fledermaus-Coronavirus, von dem es ursprünglich abstammt. Die Rezeptor-Bindungsdomäne S1-RBD unterscheidet sich von der Rezeptor-Bindungsdomäne des Spike-Proteins von SARS-CoV und einigen Fledermaus-Coronaviren durch viele Aminosäure-Substitutionen und -Insertionen. Die Einzigartigkeit von S1-RBD macht es zu einem geeigneten Zielprotein für diesen ELISA, da es unwahrscheinlich ist, dass Antikörper gegen andere Viren und häufigere Coronaviren mit diesem Antigen kreuzreagieren. Angesichts der entsprechenden Sequenzhomologie zwischen SARS-CoV-2 und SARS-CoV ist eine Kreuzreaktivität des Immunsystems zu erwarten.
Es wird vermutet, dass das Spike (S)-Protein von SARS-CoV-2 eines der immunogensten Proteine von SARS-CoV-2 ist, was es zu einem guten Kandidaten für einen ELISA zum Nachweis einer Immunantwort macht. Diese Hypothese basiert auf Studien an Patienten, die mit dem verwandten Virus SarS-CoV infiziert waren. Es konnte gezeigt werden, dass bei allen Patienten der Studie Antikörper gegen Teile des S-Proteins nachgewiesen werden konnten2. Diese Antikörper waren nach dem Ausbruch der Krankheit mindestens 30 Wochen lang vorhanden. Im Fall von SARS-CoV-2 bewirken Antikörper gegen S1-RBD eine Neutralisation des Eindringens des Virus in menschliche Zellen, da diese Antikörper um die ACE2-Bindung an das Virus konkurrieren3.
Das S-Protein von SARS-CoV-2 ist auch für ELISAs eine bessere Wahl als das Nukleokapsid (N)-Protein. In einem direkten Vergleich von ELISAs, die entweder das S- oder das N-Protein als Capture-Antikörper verwendeten, war der ELISA, der das S-Protein nutzte, beim Nachweis von IgM-Antikörpern empfindlicher4. Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen der Verwendung eines der beiden Proteine für den Nachweis von IgG festgestellt.
Die Verwendung eines ELISA zum Nachweis von SARS-CoV-2-Antikörpern ist eine sinnvollere Wahl als ein Lateral-Flow-Immunoassay, der aufgrund der Schnelligkeit, mit der er durchgeführt werden kann, üblicherweise für die klinische Diagnostik verwendet wird. Der ELISA ist der empfindlichere der beiden Assays. Eine vor kurzem durchgeführte Studie zur Bewertung kommerzieller Lateral-Flow-Immunoassays im Vergleich zu ELISAs gegen das Spike-Protein von SARS-CoV-2 zeigte, dass Lateral-Flow-Assays aufgrund der geringen Empfindlichkeit nicht als diagnostische Hilfsmittel eingesetzt werden können. Umgekehrt konnten mit dem ELISA Anti-S-IgM- und IgG-Antikörper aus Patientenproben mindestens 60 Tage lang nach Auftreten der COVID-19-Symptome zuverlässig nachgewiesen werden5.
Serologische Assays, also ELISAs gegen S1-RBD, werden in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Nachverfolgung von SARS-2 Infektionen spielen. Dadurch wird es möglich sein, die Ausbreitung von SARS-CoV-2 zu verfolgen und ein besseres Verständnis der Immunität im Kampf gegen COVID-19 zu erlangen.
Referenzen
- Ortega JT, Serrano ML, Pujol FH, Rangel HR (2020) Role of changes in SARS-CoV-2 spike protein in the interaction with the human ACE2 receptor: An in silico analysis. EXCLI Journal; 19:Doc410; ISSN 1611-2156
- Qiu M, Shi Y, Guo Z, Chen Z, He R, Chen R, Zhou D, Dai E, Wang X, Si B, Song Y, Li J, Yang L, Wang J, Wang H, Pang X, Zhai J, Du Z, Liu Y, Zhang Y, Li L, Wang J, Sun B, Yang R (2005) Antibody responses to individual proteins of SARS coronavirus and their neutralization activities. Microbes and Infection 7:882–889
- Ju, B, Zhang, Q, Ge, X, Wang, R, Yu, J, Shan, S, Zhou, B, Song, S, Tang, X, Yu, J, Ge, J, Lan, J, Yuan, J, Wang, H, Zhao, J, Zhang, S, Wang, Y, Shi, X, Liu, L, … Zhang, L (2020). Potent human neutralizing antibodies elicited by SARS-CoV-2 infection. Cold Spring Harbor Laboratory
- Liu W, Liu L, Kou G, Zheng Y, Ding Y, Ni W, Wang Q, Tan L, Wu W, Tang S, Xiong Z, Zheng S (2020) Evaluation of Nucleocapsid and Spike Protein-based ELISAs for detecting antibodies against SARS-CoV-2. Journal of Clinical Microbiology
- Adams ER, Ainsworth M, Anand R, Andersson MI, Auckland K, Baillie JK, … Whitehouse J (2020) Antibody testing for COVID-19: A report from the National COVID Scientific Advisory Panel. medRxiv
