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Diagnose von SARS-CoV-2

Hunde statt Corona-Tests?

Nach wie vor fehlen Möglichkeiten, SARS-CoV-2-positive Menschen an Flughäfen, Bahnhöfen oder bei Großveranstaltungen rasch zu erkennen. Forscher aus Deutschland und Finnland sind einen Schritt weiter. Sie zeigen, dass Hunde Infizierte anhand des Geruchs aufspüren.
Michael van den Heuvel
29.10.2020  11:00 Uhr

Wer nach Finnland reist, sieht sie am Flughafen von Helsinki vielleicht: Valo, E.T., K’ssi und Miina. Die Hunde suchen nicht nach Drogen oder Sprengstoffen. Sie sind darauf trainiert, eine SARS-CoV-2-Infektion zu erkennen. Passagiere wischen mit einem sterilen Tuch über ihre Haut. Anschließend bekommen die Tiere in einem Nebenraum des Airports die Probe, um daran zu riechen. Bislang handelt es sich um ein Pilotprojekt, das für Fluggäste freiwillig ist. Doch der Bedarf, Patienten mit SARS-CoV-2-Infektion zu erkennen, wäre vorhanden, denn es gibt kaum Alternativen.

Zu Beginn der Pandemie hatten mehrere Flughäfen, unter anderen Wien-Schwechat, Temperaturkontrollen bei der Einreise durchgeführt: eine wissenschaftlich umstrittene Aktion. »Bei SARS hat man solche Maßnahmen des Entry-Screenings wie der Körpertemperaturmessung bei Einreise wissenschaftlich untersucht«, erklärt der Epidemiologe Professor Dr. Ralf Reintjes gegenüber dem Science Media Center. Er forscht an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg. Doch das Ergebnis, so Reintjes, sei ernüchternd gewesen. »Die Maßnahme verhinderte kaum Fälle, wenn überhaupt welche. Und das, obwohl ein SARS-infizierter Patient nur infektiös ist, wenn er symptomatisch ist.« Beim neuen Coronavirus könne man bekanntlich infektiös sein, auch wenn man sehr milde Symptome habe.

Schnellere Ergebnisse als bei PCR-Tests 

Alternativ bleiben Realtime-PCR-Tests von Nasen-Rachen-Abstrichen. Sie gelten methodisch als Goldstandard, denn sie zeigen Infektionen bereits nach wenigen Tagen an. Dem stehen mehrere Nachteile gegenüber: Man braucht medizinische Fachkräfte für die Abstriche und für die Routinediagnostik im Labor. Ergebnisse liegen frühestens nach ein oder zwei Stunden vor. Bei großen Reisewellen, wie zuletzt in Bayern geschehen, können es sogar Tage sein.

Relativ neu sind Tests auf virale Antigene. Sie zeigen Ergebnisse schnell an und haben Herstellern zufolge eine hohe Sensitivität. Das ist die korrekte Erkennung SARS-CoV-2-positiver Patienten. Auch die Spezifität, sprich die richtige Identifikation gesunder Menschen, erreicht gute Werte. Allerdings ist der Antigen-Titer erst nach knapp zwei Wochen hoch genug, um Messungen durchzuführen. Das berichten die Akkreditierten Labore in der Medizin (ALM) bei einem Pressegespräch. Ein neues, schnelles Testverfahren könnte Lücken schließen.

Pilotprojekt in Helsinki

Die Idee: Hunde haben einen extrem ausgeprägten Geruchssinn. Sie können Diabetes, Malaria, verschiedene Krebserkrankungen, aber auch Infektionen erschnüffeln, wie ältere Studien zeigen. Das liegt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC, volatile organic compounds). Je nach pathologischen Vorgängen im Körper entstehen unterschiedliche VOC. Sie werden über die ausgeatmete Luft und über Körperflüssigkeiten abgegeben. Hunde nehmen solche molekularen Besonderheiten wahr.

Forscher aus Helsinki haben erstmals Vierbeiner darauf trainiert, Personen mit SARS-CoV-2-Infektion zu erkennen. Grundlage ihrer Arbeit war eine große Sammlung an positiven und negativen Urinroben. Später wurde Schweiß untersucht. »Es war fantastisch, zu sehen, wie schnell Hunde den neuen Geruch wahrgenommen haben«, sagt Anna Hielm-Björkman, Leiterin der Forschungsgruppe und der DogRisk-Gruppe, in einer Pressemeldung. Auf Grundlage der Voruntersuchungen zeige sich, dass die Tiere vielleicht sogar bessere Leistungen erbringen als die derzeitigen Covid-19-Tests.

»Es gibt jedoch viele Aspekte, die verifiziert und erneut überprüft werden müssen, bevor wir in der Lage sind, unser Verfahren in die Praxis zu bringen«, erklärt Professor Dr. Anu Kantele von der Universität Helsinki. »Wir werden die Hunde in unserem randomisierten Doppelblindverfahren erneut testen, und zwar anhand einer größeren Anzahl von Patientenproben, die entweder ein positives oder ein negatives Corona-Ergebnis aufweisen.« Dies sei wichtig, um beispielsweise andere Atemwegserkrankungen von Covid-19 zu unterscheiden. Veröffentlichungen in Fachzeitschriften gebe es von den Experimenten in Helsinki bislang aber noch nicht.

Neue Daten aus Hannover

In Deutschland sind Wissenschaftler schon weiter. Professor Dr. Holger A. Volk, Direktor der Klinik für Kleintiere an der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, hat zusammen mit der Bundeswehr, der Medizinischen Hochschule Hannover und dem Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf Resultate im Fachjournal BMC Infectious Diseases veröffentlicht.

Proben kamen von Covid-19-Patienten, die im Krankenhaus behandelt wurden und Beschwerden hatten. Zur Negativkontrolle arbeiteten die Forscher mit gesunden Probanden ohne Erkältungen oder Infektionen in letzter Zeit. Alle Nasopharyngeal-Abstriche wurden per Realtime-PCR auf SARS-CoV-2, aber nicht auf humane Coronaviren wie das Beta-Coronavirus HCoV-OC43 oder das Alpha-Coronavirus HCoV-229E untersucht.

Proben von Covid-19-Patienten inaktiverte das Team mit Propiolacton, um die Hunde und Hundeführer während des Trainings nicht zu gefährden. Negativproben enthielten ebenfalls Propiolacton, damit es nicht zu störenden Effekten der Chemikalie kommt. Weder der Hundeführer noch der Studienbeobachter wussten, welche Proben positiv oder negativ waren, um das Risiko von Verzerrungen zu minimieren.

In Finnland arbeitete das Forscherteam zuerst mit Urinproben und später mit Schweiß. »Anfangs dachten wir, SARS-CoV-2 infiziert nur die oberen Atemwege und die Lunge, doch heute wissen wir, dass in anderen Körperflüssigkeiten auch Viren zu finden sind«, so Volk im Gespräch mit dem PTA-Forum. Die Inaktivierung mit Propiolacton habe beim Experiment nicht gestört. Außerdem könne man Gefäße verwenden, die für VOC, aber nicht für SARS-CoV-2 durchlässig seien. »Hunde können sich eigentlich nicht anstecken«, sagt der Experte. Dennoch habe man bei zwei Tieren in Hongkong Kontaminationen im Nasenbereich gefunden. Und bei einzelnen Hunden in den USA seien Antikörper gegen SARS-CoV-2 nachgewiesen worden, was auf ein Infektionsgeschehen hindeute. Durch die Sicherheitsmaßnahmen sollten Gefahren für Mensch und Tier ausgeschlossen werden.

Erst trainieren, dann erkennen

»In unserer Studie haben wir mit belgischen Schäferhunden, den Malinois, gearbeitet«, erzählt Volk. »Generell eignen sich alle Jagd- und Spürhund-Rassen wie Labrador-Retriever, Cocker Spaniel und viele mehr.«

Der Forscher ergänzt: »Normalerweise dauert es acht bis zwölf Wochen, Hunde zu trainieren.« Dies lasse sich beschleunigen: »Wir haben eine Maschine genommen, die sieben Löcher mit je zwei Möglichkeiten hat, Gerüche zu präsentieren.« In diesem sogenannten Detection Dog Training System (DTTS) befand sich immer nur eine positive Probe; der Rest war negativ. Tiere stecken ihre Nase in verschiedene Öffnungen und signalisieren, wo sie anhand flüchtiger Stoffe das inaktivierte Virus vermuten. Bei Erfolg erhalten sie automatisiert etwas Futter. »Das geht ohne Beteiligung eines Menschen, um Verzerrungen zu vermeiden«, so Volk.

Nachdem sich die Hunde an den Versuchsaufbau gewöhnt hatten, brauchten sie fünf Tage Training, bis ihre Erkennungsrate über dem reinen Zufall lag. Ihr Erfolg stieg am fünften Tag auf 70 Prozent und am siebten Tag sogar auf 81 Prozent. Nach Abschluss dieser Phase folgte eine kontrollierte doppelblinde Studie mit acht Hunden. Die Studie umfasste insgesamt 10.388 Probenpräsentationen.

Die Hunde konnten zwischen Proben infizierter und nicht infizierter Personen mit einer durchschnittlichen Sensitivität von 82,63 Prozent unterscheiden. Bei insgesamt 1012 randomisierten Proben erkannten sie 94 Prozent richtig, darunter 157 positive und 792 negative Proben. Sie schlugen fälschlich bei 33 negativen Proben an und reagierten bei 30 positiven Proben nicht.

Im nächsten Schritt sucht das Forscherteam Patienten mit asymptomatischem Verlauf, aber auch mit anderen Infektionen der oberen Atemwege, um zu evaluieren, wie gut Hunde hier unterscheiden.

In Zukunft könnte es möglich sein, ausgebildete Covid-19-Hunde für eine Vielzahl von nützlichen Aufgaben einzusetzen, etwa für die Identifizierung infizierter Personen in Pflege- oder Altersheimen oder für Einreisekontrollen an Flughäfen und anderen Grenzübergängen. 

Video zur Pilotstudie aus Hannover

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