[論文レビュー] Group testing as a strategy for the epidemiologic monitoring of COVID-19

Vincent Brault, Bastien Mallein+1 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|May 14, 2020

SARS-CoV-2 detection and testing被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、サンプル希釈による偽陰性を考慮に入れながら、RT-qPCRを用いたグループテスト戦略を提唱し、閉鎖コミュニティにおけるSARS-CoV-2の有病率をモニタリングし、早期のアウトブレイク検出を可能にする。頻繁で小規模なプールテストが、低ウイルス量の無症状期の症例を検出する上で、めったに頻繁でない大規模なプールテストよりも効果的であることが示された。

ABSTRACT

Sample pooling consists in combining samples from multiple individuals into a single pool that is then tested using a unique test-kit. A positive test means that at least one individual within the pool is infected. Here, we propose an analysis and applications of sample pooling to the epidemiologic monitoring of COVID-19. We first introduce a model of the RT-qPCR process used to test for the presence of virus in a sample and construct a statistical model for the viral load in a typical infected individual inspired by the clinical data from Jones et. al. (2020). We then propose a method for the measure of the prevalence in a population, based on group testing, taking into account the increased number of false negatives associated with this method. Finally, we present an application of sample pooling for the prevention of epidemic outbreak in closed connected communities (e.g. nursing homes).

研究の動機と目的

• RT-qPCR試薬の限界に対処するため、集団レベルの監視にスケーラブルな代替手段としてグループテストを提案すること。
• プールテストにおけるサンプル希釈に起因する偽陰性率の上昇を考慮に入れ、検出感度に影響を及てる要因を特定すること。
• 臨床データに基づいてウイルス量分布の統計モデルを構築し、グループテストの効率を支援すること。
• 介護施設など閉鎖コミュニティにおけるアウトブレイクの早期検出のためのグループテスト戦略を評価すること。
• 希釈に起因する偽陰性を補正しながら、プールテストを用いた全体的な疾患有病率の推定フレームワークを提供すること。

提案手法

• Jonesら（2020b）の臨床データに基づき、3つの正規分布の右打ち切り混合分布を用いてRT-qPCRウイルス量の統計モデルを構築する。
• プールサイズとウイルス量を関数として偽陰性の確率をモデル化し、希釈効果を組み込む。
• 確率的シミュレーションを用いて、さまざまなプールサイズとテスト頻度における異なるスクリーニング戦略を比較する。
• 1,000人の個体からなる閉鎖コミュニティにおける疾患動態をモデル化し、検出効率を評価する。
• 平均テスト頻度を固定した状態で、プールサイズとテストインターバルを変化させたスクリーニング戦略を比較する。
• 無症状期の個体に見られる低ウイルス量を含む現実的なウイルス量プロファイルを組み込み、検出感度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プール化RT-qPCRテストにおけるサンプル希釈が偽陰性率に与える影響は何か。また、その影響を定量的にモデル化できるか。
• RQ2 閉鎖コミュニティにおけるSARS-CoV-2の早期検出に最適なグループテスト戦略（頻度、プールサイズ）は何か。
• RQ3 希釈および偽陰性を補正した状態で、プールテストによる有病率推定は、個別テストと比べてどの程度の精度を持つのか。
• RQ4 低ウイルス量の無症状期キャリアをグループテストが効果的に検出できるか。これは疫学的管理の鍵を握る課題である。
• RQ5 鼻腔採取と唾液採取などの異なる採取法が、グループテストの結果の信頼性にどのように影響するか。

主な発見

• モデルは、小規模なプールを頻繁にテストする戦略が、大規模なプールをめったにテストしない戦略よりも、早期のアウトブレイク検出において優れていることを示している。
• μ₀ ≈ 30の低ウイルス量でさえも、テスト頻度が高い場合には、監視に有効に機能することがグループテストで確認された。
• 研究では、中程度のウイルス量（μ₀ ≈ 20–25）を持つ無症状および無症状期の個体が、最大30人までのプールでも検出可能であることが判明した。
• 3つの正規分布の右打ち切り混合分布としてのウイルス量の統計モデルは、臨床データに妥当なフィットを示し、生物学的サブグループの可能性を示唆している。
• 唾液サンプルを用いたグループテストは、偽陰性を低減し、受容性を向上させる可能性があるが、唾液中のウイルス量分布に関するさらなるデータが必要である。
• 著者らは、分析結果は前向きであるが、複雑で動的な環境でのさらなる検証が行われない限り、直接的な臨床指針として使用すべきではないと警告している。