Seit fast zwei Jahren beherrscht die COVID-19-Pandemie unseren Alltag. Trotz Impfungen und manch therapeutischem Fortschritt ist eine schnelle, sichere und unkomplizierte Diagnostik noch immer das wichtigste Mittel, um die Ausbreitung des Virus einzudämmen. Am verlässlichsten, aber auch am teuersten und langsamsten ist der Nachweis von viraler RNA durch RT-PCR. Antigen-Nachweise gehen schneller, dauern aber immer noch mindestens eine Viertelstunde und benötigen spezielle Testkits. Ein routinemäßiges Screening größerer Menschenmengen, beispielsweise vor einer Kulturveranstaltung oder einem Sportevent, wird dadurch erschwert bis unmöglich.
Eine Alternative könnten speziell ausgebildete Spürhunde darstellen, die eine infizierte Person am Körpergeruch erkennen. Aufgrund ihres feinen Geruchssinns werden Hunde schon lange für das Aufspüren von Sprengstoff oder Drogen und neuerdings auch von seltenen Tier- und Pflanzenarten eingesetzt (siehe „Naturschutz mit Hund“ auf LJ Online). Aber auch Menschen, die an bestimmten Krankheiten leiden, verändern ihren Körpergeruch – genauer das Spektrum an flüchtigen organischen Verbindungen, die sie produzieren und über die Haut oder in Körperflüssigkeiten abgeben. Insbesondere zum Aufspüren bestimmter Krebserkrankungen, aber auch von verschiedenen Infektionskrankheiten werden Spürhunde bereits erfolgreich eingesetzt.
Unglaublich überraschende Leistung
Holger Andreas Volk von der Tierärztlichen Hochschule Hannover und Co. haben kürzlich in zwei randomisierten, doppelt verblindeten Studien nachgewiesen, dass entsprechend ausgebildete Hunde auch Personen, die mit dem SARS-CoV-2-Virus infiziert sind, an ihrem Geruch erkennen können. Zu den besonders gut geeigneten Rassen gehören solche, die bereits in anderen Zusammenhängen als Suchhunde eingesetzt werden wie Schäferhunde, Malinois und Labrador Retriever. Am Anfang sei er eher kritisch eingestellt gewesen, erzählt Volk, der als Neurologe und Neurochirurg eigentlich Kognitionsforschung betreibt: „Unsere Ergebnisse, die inzwischen von vielen anderen Forschungsgruppen bestätigt wurden, haben uns dann selbst überrascht. Es ist unglaublich, was Hunde leisten können!“
In einer Pilotstudie, die 2020 veröffentlicht wurde, hatte das Forscherteam acht Hunde eine Woche lang mit einem automatisierten System darauf trainiert, Speichel oder Sekret der Luftröhre und der Bronchien von Personen zu erkennen, die wegen schweren COVID-19-Symptomen im Krankenhaus behandelt wurden (BMC Infect Dis, 20: 536). Für jeden Treffer wurden die Hunde direkt belohnt, um eine positive Verstärkung zu erreichen. Um die Hundeführer und Hunde zu schützen, waren die Proben vor dem Einsatz mit beta-Propiolakton inaktiviert worden.
Nach dem fünftägigen Training setzten die Forscher den Hunden in zufälliger Reihenfolge 1.012 Proben von sieben gesunden und sieben infizierten Personen vor. Dabei war rund jede fünfte Probe positiv. Die meisten Proben ordneten die Hunde korrekt zu, lediglich bei 33 Proben erzielten sie ein falsch positives und bei 30 Proben ein falsch negatives Ergebnis. Die diagnostische Sensitivität – also der Prozentsatz der Erkrankten, die korrekt als krank erkannt wurden – lag damit bei rund 83 %, die Spezifität – die Wahrscheinlichkeit, dass Gesunde als gesund erkannt werden – bei 96 %.
Speichel, Schweiß oder Urin
Die Pilotstudie war ganz auf Proben von Infizierten mit schweren Symptomen ausgerichtet. Um eine Ausbreitung des Virus zu verhindern, ist es aber notwendig, vor allem Infizierte, die (noch) keine Symptome aufweisen, sicher zu identifizieren. In einer zweiten, größer angelegten Studie, die Ende Juli ebenfalls in BMC Infectious Diseases erschienen ist, wurden deshalb erneut zehn Hunde mit Proben von 12 Infizierten mit schweren, leichten oder gar keinen Symptomen trainiert (21:707).
Neben Speichel schnüffelten die Hunde diesmal auch an Schweiß- und Urinproben – also Körperflüssigkeiten, die leicht zugänglich sind. Auf die Inaktivierung der Probe mit beta-Propiolakton verzichtete man in der Testphase, stattdessen kamen spezielle Glasröhrchen zum Einsatz, die einen Kontakt der Hunde und der Hundeführer mit dem infizierten Material ausschlossen. Sensitivität und Spezifität lagen mit Werten von 84 % und 95 % im gleichen Bereich wie in der Pilotstudie.
Ebenfalls wie in der Pilotstudie war rund jede fünfte Probe in zufälliger Reihenfolge positiv. In der Realität werden die Hunde jedoch deutlich seltener auf eine positive Probe treffen. Kritiker vermuten deshalb, dass der Eifer der Hunde im Einsatz schnell erlahmen könnte. Volk ist überzeugt, dass sich dem entgegensteuern lässt: „Dieser Frage wollen wir demnächst in einer Machbarkeitsstudie nachgehen. Klar ist, dass wir im Feld Positivproben gezielt einführen müssen, damit das ‚Spiel‘ für den Hund interessant bleibt. Von Sprengstoff- und Drogenhunden wissen wir, dass nach etwa 200 Suchläufen belohnt werden muss.“
Noch nicht PEI-konform
Die große Frage aber ist, ob die Hunde die gesetzlichen Vorgaben für diagnostische Corona-Tests erfüllen können. So fordert das Paul-Ehrlich-Institut (PEI) eine Sensitivität von über 80 % und eine Spezifität von über 97 %. „Im Feld sind die erreichten Werte aber deutlich schlechter“, so Volk. „Eine Cochrane-Studie hat ergeben, dass bei asymptomatischen Personen einer von zwei Antigentests falsch negativ ist“ (Cochrane Database Syst Rev, 3(3):CD013705).
Orientiert man sich an den Vorgaben des PEI, so haben die Hunde in Volks Studie die Anforderungen an die Sensitivität erfüllt, scheitern aber an den vorgegebenen 97 % für die Spezifität. Der Neurologe sieht das jedoch noch nicht kritisch: „Wir wollten mit unseren Studien erst einmal zeigen, dass Hunde prinzipiell in der Lage sind, Corona-Infizierte spezifisch zu erkennen. Durch ein längeres Training lässt sich die Spezifität auf jeden Fall noch verbessern. Außerdem gibt es bei den Hunden große individuelle Unterschiede, die wir in unserer Studie natürlich gemittelt haben. Für den Einsatz würde man dagegen einzelne Tiere auswählen, die besonders gute Leistung erzielen.“
Tatsächlich haben andere Gruppen mit ihren Trainingsmethoden schon Spezifitätswerte von über 97 % erreicht (bioRxiv, DOI: 10.1101/2020.06.17.158105). Der eigentliche Vorteil des Testsystems Hund ist aber, dass es Ergebnisse bereits in Sekundenschnelle liefern kann. Außerdem ist ein Hund im Einsatz deutlich günstiger als beispielsweise der Material- und Arbeitszeit-intensive PCR-Test. Dennoch müssen noch einige Fragen geklärt werden, bevor Corona-Spürhunde im großen Maßstab eingesetzt werden können. Dazu gehören beispielsweise der Schutz der Privatsphäre der Getesteten sowie die Vermeidung einer Übertragung der Erreger durch die Hunde selbst.
Zurück zur Normalität
Um diese und andere Fragen zu klären, hat das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur kürzlich 1,5 Millionen Euro für das Projekt „Back to Culture“ zur Verfügung gestellt. Im Rahmen der oben erwähnten Machbarkeitsstudie sollen vier Konzerte unter unterschiedlichen Bedingungen stattfinden. „Dabei wollen wir verschiedene Testsysteme – also Antigentest und PCR-Tests – mit der Leistung unserer Hunde vergleichen. Außerdem sollen verschiedene Suchmuster und Darreichungsformen untersucht werden“, sagt Volk und fügt hinzu: „Ein großes Problem ist zurzeit noch die Standardisierung, aber daran arbeiten wir ebenfalls.“
Mit zunehmender Dauer der Pandemie werden immer mehr Menschen die Infektion durchgemacht haben oder geimpft sein. Das stellt die Wissenschaftler vor die spannende Frage, ob die Hunde hier falsch positiv anzeigen könnten. „Bei ersten Versuchen mit Proben von Geimpften sei das nicht der Fall gewesen“, so Studienleiter Volk. „Allerdings wollen wir das nun systematisch testen, also mit Proben, die kurz nach der Impfung und dann im größeren Abstand genommen wurden.“
Ein größeres Risiko für falsch positive Ergebnisse sieht Volk allerdings bei Genesenen, die an Langzeitfolgen der Corona-Infektion leiden: „Bei Menschen mit Long Covid ist vermutlich der Stoffwechsel langfristig verändert. Das erkennt möglicherweise auch der Spürhund.“ Wenn es nach „Back to Culture“ und den Hannoveraner Forschern geht, wird es bald hoffentlich wieder größere Kulturveranstaltungen geben – wenn möglich ganz ohne Maske und Mindestabstand.
Larissa Tetsch
Bild: Pixabay/PICNIC-Foto-Soest
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Mathematische Modellierungen sind in diesen Zeiten der Corona-Pandemie sehr gefragt. Allerdings lassen die Vorhersagen aus den entsprechenden Modellen oftmals sehr zu wünschen übrig, weswegen es nachfolgend auch mit deren konkretem Eintreten hapert. Kein Wunder, wenn sie derart auf schlechten oder gar nicht vorhandenen Daten basieren – letztlich also auf bloßen Annahmen.