Šiuo metu, kai pasaulis kovoja su koronaviruso pandemija, Lietuva ir kitos Europos bei pasaulio valstybės stengiasi kuo efektyviau panaudoti turimus testavimo dėl COVID-19 resursus. Todėl Vilniaus universiteto Matematikos ir informatikos fakulteto (VU MIF) Duomenų mokslo ir skaitmeninių technologijų instituto mokslininkai pasiūlė efektyvią grupinio testavimo strategiją, kurios dėka, infekuoti pacientai gali būti nustatyti atliekant 13 kartų mažiau tyrimų, nei atliekant individualius testus.
Kol nebus sukurti ir išbandyti efektyvūs pacientų gydymo nuo koronaviruso metodai, vienas aktualiausių aspektų šiandien yra žmonių testavimas dėl SARS-CoV-2. VU MIF mokslininkai prof. Julius Žilinskas ir dr. Algirdas Lančinskas, kartu su Italijos mokslininku prof. Mario R. Guarracino pasiūlė efektyvią grupinio testavimo strategiją, kurios dėka, su tokiais pačiais kiekiais reagentų ir tokiu pat laboratorijų pajėgumu, kaip testuojama dabar, galima būtų ištestuoti 13 kartų daugiau žmonių.
Strategija remiasi praktikoje jau naudojamu mėginių replikavimu – jų atkartojimu skirtingose grupėse. Tai leidžia sumažinti individualių testų skaičių, sugretinant grupių testų rezultatus su jų išsidėstymu grupėse. Naujame darbe mokslininkai pasiūlė loginio mėginių paskirstymo į grupes ir teigamų/neigiamų atvejų nustatymo pagal grupinio testavimo rezultatus strategiją, kurios dėka galima ženkliai sumažinti individualių testų skaičių.
Masinis testavimas padėtų identifikuoti besimptomius atvejus, tačiau dėl ribotų testavimo resursų dažnai tenka apsiriboti tikslinių grupių testavimu. Siekiant ištirti kuo daugiau žmonių, kai kuriose šalyse naudojamas grupinio testavimo metodas, kurio metu mėginiai yra suskirstomi į grupes ir vienu testu tiriamas bendras vienos grupės mėginys. Jei grupės testo rezultatas yra neigiamas, tai galima teigti, kad visi tai grupei priskirti žmonės yra sveiki. Jei grupės testo rezultatas yra teigiamas, reikia atlikti papildomus individualius tyrimus grupėje, kurių metu bus identifikuoti užsikrėtusieji. Tinkamai parinkus grupinio testavimo strategiją, sutaupyti reagentai gali būti skaičiuojami ne vienetais, o kartais.
Tyrimo rezultatus aprašančio mokslinio straipsnio „Pooled testing with replication: a mass testing strategy for the COVID-19 pandemics“ pirminė versija (angl. preprint) yra patalpinta archyvo medRxiv specialioje skiltyje, skirtoje skubiai publikuoti naujausius mokslinius rezultatus susijusius su COVID-19 pandemijos kova.
Tyrimo rezultatai yra laisvai prieinami:
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.04.27.20076422v1
Kodėl grupinis testavimas?
Tarkime, kad reikia ištirti 96 žmones. Tiriant kiekvieną žmogų individualiai reiktų atlikti 96 testus. Taikant grupinį testavimą, visus tiriamuosius galime suskirstyti į 8 grupes po 12 kiekvienoje taip, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau (gali būti parinktas ir kitas grupių skaičius). Tuomet aštuoniais testais galėtume ištirti kiekvienos grupės bendrus mėginius, o testų rezultatai parodytų, kurioje grupėje yra užkrėsti mėginiai. Jei tarp visų tiriamųjų vienas yra sergantis, tarkime 69-tas, tai grupės, kuriai priklauso sergantysis (G6) bus teigiamas. Belieka individualiais testais ištirti visus šiai grupei priskirtus tiriamuosius, kad identifikuotume sergantįjį. Individualiems tyrimams atlikti reiktų 12 testų, o visų 96 žmonių ištyrimas pareikalautų 8 + 12 = 20 testų, o tai yra 4.8 karto mažiau testų, lyginant su individualiu testavimu.
Mėginių grupavimo pavyzdys
Mėginių replikavimas
Siekiant sumažinti grupiniam COVID-19 testavimui reikalingus resursus, mokslininkai iš Stanfordo universiteto bei Google ir Oracle kompanijų tyrė savo straipsnyje „Evaluation of Group Testing for SARS-CoV-2 RNA“, kuris yra patalpintas MedRxiv, COVID-19 testavimui siūlo taikyti mėginių replikavimo (jų atkartojimo skirtingose grupėse) strategiją. Taikant šią strategiją, mėginiai yra išdėstomi taip pat kaip ir ankstesniame pavyzdyje, tačiau grupinio testavimo metu testuojamos ne tik eilutėse išdėstyti išvardinti mėginiai, bet ir stulpeliuose, kaip pavaizduota žemiau esančiame paveikslėlyje. Jei užsikrėtęs yra tas pats 69-tas tiriamasis, tai grupių G6 ir G17 testai bus teigiami, o šių grupių bendras narys – infekcijos atvejis.
Mėginių grupavimo su replikavimu pavyzdys
Šiuo atveju grupinis testavimas pareikalautų 20 testų, bet užsikrėtęs tiriamasis būtų identifikuojamas be individualių testų. Nors bendras testų skaičius toks pats kaip ir grupavimo be mėginių replikavimo atveju, tačiau antruoju atveju nereikia vykdyti antrojo testavimo etapo, o tai sutaupo laiko.
Jei teigiamus testų rezultatus turi daugiau nei dvi grupės, yra analizuojamos grupių sankirtos ir, esant reikalui, papildomai atliekami individualūs testai.
Mėginių paskirstymas tarp grupių
VU mokslininkai siūlo naudoti mėginių replikavimo strategiją su specifiniu mėginių išdėstymu grupėse. Pagal šią strategiją sudarant grupes, mėginys yra priskiriamas pirmai dar neužpildytai grupei ir atkartojamas grupėje, turinčioje mažiausiai mėginių. Toks 96 mėginių grupavimas po 12 su replikavimu yra pavaizduotas paveikslėlyje žemiau. Taip sugrupuotų mėginių grupinis testavimas pareikalautų 16 testų. Jei dviejų grupių testai yra teigiami, tai infekuotas bus vienas mėginys, kuris priklauso abiem grupėms. Kiti šioms grupėms priskirti mėginiai infekcijos neturi, nes, esant daugiau infekcijos atvejų, teigiamus rezultatus turėtų daugiau grupių.
Toks tyrimas pareikalautų 16 testų grupių testavimui, o konkretus ligos atvejis būtų identifikuojamas be individualių testų.
Siūlomas mėginių išdėstymas grupėse
Remiantis grupinio testavimo dėl COVID-19 praktika, vienai grupei galima priskirti iki 32 mėginių. Tuomet strategiją galima taikyti beveik 400 tiriamiesiems, testų skaičių sumažinant iki 13 kartų.