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Philipp Girl, Katharina Müller

• Seit dem ersten Auftreten von SARS-CoV-2 beschäftigt das Virus die Weltgemeinschaft, Deutschland und nicht zuletzt die Bundeswehr in hohem Maße. Insbesondere die Aufrechterhaltung der Einsatzbereitschaft unter pandemischen Bedingungen ist hierbei von essenzieller Bedeutung. In diesem Kontext spielt die mikrobiologische Diagnostik eine zentrale Rolle. Neben dem Erkennen von akuten Infektionen mittels Polymerase-Ketten-Reaktion können serologische Verfahren im Anschluss an die Infektion Auskunft geben über das Reaktionsvermögen des individuellen Immunsystems. Daraus lassen sich Daten ableiten, beispielsweise über die Effizienz von Impfungen oder über einen potenziellen Schutz vor (Re-) Infektion nach Genesung oder Immunisierung. Serologische Untersuchungen sind deshalb wichtiger Bestandteil des Pandemiemanagements. Im Rahmen dieser Arbeit wurden in insgesamt vier Teilprojekten die Immunreaktion nach Infektion und Impfung evaluiert sowie verschiedene serologische Tests und Verfahren beurteilt. SämtlicheSeit dem ersten Auftreten von SARS-CoV-2 beschäftigt das Virus die Weltgemeinschaft, Deutschland und nicht zuletzt die Bundeswehr in hohem Maße. Insbesondere die Aufrechterhaltung der Einsatzbereitschaft unter pandemischen Bedingungen ist hierbei von essenzieller Bedeutung. In diesem Kontext spielt die mikrobiologische Diagnostik eine zentrale Rolle. Neben dem Erkennen von akuten Infektionen mittels Polymerase-Ketten-Reaktion können serologische Verfahren im Anschluss an die Infektion Auskunft geben über das Reaktionsvermögen des individuellen Immunsystems. Daraus lassen sich Daten ableiten, beispielsweise über die Effizienz von Impfungen oder über einen potenziellen Schutz vor (Re-) Infektion nach Genesung oder Immunisierung. Serologische Untersuchungen sind deshalb wichtiger Bestandteil des Pandemiemanagements. Im Rahmen dieser Arbeit wurden in insgesamt vier Teilprojekten die Immunreaktion nach Infektion und Impfung evaluiert sowie verschiedene serologische Tests und Verfahren beurteilt. Sämtliche gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse wurden anschließend in Bezug auf ihren möglichen Einsatz und Nutzen in der Bundeswehr bewertet. Ein eigens entwickelter SARS-CoV-2-Neutralisationstest diente dabei bei allen Untersuchungen als Goldstandard-Methode zur Bestimmung der neutralisierenden Antikörper in Serum- oder Plasmaproben. Im Teilprojekt I konnte unter anderem gezeigt werden, dass sich die Kreuzreaktivität neutralisierender Antikörper in Abhängigkeit verschiedener besorgniserregender Virusvarianten signifikant unterscheidet und Virusvarianten teilweise nur noch unzureichend bis gar nicht mehr neutralisiert werden. Dies beeinträchtigt den Nutzen therapeutischen Plasmas sowie monoklonaler Antikörper in der Therapie schwerer SARS-CoV-2 Infektionen und erfordert auf der einen Seite eine gute Charakterisierung von Rekonvaleszentenplasmen sowie eine engmaschige Überwachung der Variantenentstehung. Im Teilprojekt II konnte gezeigt werden, dass gewisse Surrogat-ELISA bei bestimmten Fragestellungen als Alternativmethode zum Neutralisationstest in Betracht kommen. Damit können mehr Labore der Bundeswehr zum Nachweis neutralisierender Antikörper befähigt werden, da kein spezielles Sicherheitslabor der Stufe 3 nötig ist, um solche ELISA durchzuführen. Im Teilprojekt III konnte gezeigt werden, dass eine Corona-Schutzimpfung signifikant höhere Neutralisationstiter bewirkt als eine natürliche Infektion und damit maßgeblich zur Gesunderhaltung der Soldatinnen und Soldaten beiträgt. Des Weiteren fand sich, dass bestimmte Surrogat-ELISA und sogar einer von zwei getesteten Schnelltests unter bestimmten Voraussetzungen genutzt werden können, um den Impferfolg beispielsweise im Rahmen der Einsatzvorbereitung zu überprüfen. Zuletzt wurden im Teilprojekt IV drei quantitative ELISA-Systeme zur Bestimmung der Antikörpermenge evaluiert. Hierbei zeigte sich deutlich, dass trotz der Verwendung eines WHO-Standards bei keinem der Tests eine gute Korrelation zum Neutralisationstest vorliegt. Somit kann zum jetzigen Zeitpunkt keiner der Tests als Alternativmethode zum Goldstandard eingesetzt werden. Die Quantifizierung neutralisierender Antikörper obliegt deshalb weiterhin Speziallaboren der Schutzstufe 3, die Neutralisationstests durchführen können.…
• Since the first appearance of SARS-CoV-2, the virus has been of great concern to the global community, Germany and not least, the Bundeswehr. In particular, maintaining operational readiness under pandemic conditions is essential. In this context, diagnostic microbiology plays a key role. In addition to the detection of acute infections by polymerase chain reaction (PCR), serological tests can provide information about the responsiveness of the individual immune system after infection. From this, data can be derived, for example, on the efficiency of vaccinations or on potential protection against (re-)infection after recovery or immunization. Serological testing is therefore an important component of pandemic management. Within the scope of this work, the immune response after infection and vaccination was evaluated in a total of four subprojects, and various serological tests and procedures were assessed. All results and findings obtained were then evaluated in terms of their possible use and benefit inSince the first appearance of SARS-CoV-2, the virus has been of great concern to the global community, Germany and not least, the Bundeswehr. In particular, maintaining operational readiness under pandemic conditions is essential. In this context, diagnostic microbiology plays a key role. In addition to the detection of acute infections by polymerase chain reaction (PCR), serological tests can provide information about the responsiveness of the individual immune system after infection. From this, data can be derived, for example, on the efficiency of vaccinations or on potential protection against (re-)infection after recovery or immunization. Serological testing is therefore an important component of pandemic management. Within the scope of this work, the immune response after infection and vaccination was evaluated in a total of four subprojects, and various serological tests and procedures were assessed. All results and findings obtained were then evaluated in terms of their possible use and benefit in the Bundeswehr. A specially developed SARS-CoV-2 neutralization assay served as the gold standard method for determining neutralizing antibodies in serum or plasma samples. In subproject I it could be shown, among other things, that the cross-reactivity of neutralizing antibodies differs significantly depending on different virus variants of concern (VOC) and that variants are partially only insufficiently neutralized or not neutralized at all. This affects the usefulness of therapeutic plasma and monoclonal antibodies in the therapy of severe SARS-CoV-2 infections and requires, on the one hand, a good characterization of convalescent plasmas as well as close monitoring of the development of VOCs. In subproject II it was shown that certain surrogate ELISAs can be considered as an alternative method to the neutralization assay for certain questions. Thus, more Bundeswehr laboratories can be enabled to detect neutralizing antibodies, since no biosafety level 3 laboratory is required to perform such ELISAs. In subproject III, it could be shown that a vaccination against corona leads to significantly higher neutralization titers than a natural infection and thus contributes significantly to the health maintenance of soldiers. Furthermore, it was shown that certain surrogate ELISA and even one of two evaluated rapid tests can be used under certain conditions to check vaccination success, for example, in the context of mission preparation. Finally, three quantitative ELISA systems for the determination of antibody levels were evaluated in subproject IV. It became clear that despite the use of a WHO standard, none of the tests had a good correlation with the results from the neutralization assay. Thus, none of the tests can be used as an alternative method to the gold standard at this time. The quantification of neutralizing antibodies therefore remains the responsibility of specialized biosafety level 3 laboratories that can carry out neutralization assays.…