Otóż zamiast indywidualnie badać na obecność wirusa wymazy pobrane od pojedynczych pacjentów, można poddać je testom grupowym. Polega to na mieszaniu próbek i poddawaniu tak uzyskanych pul testom genetycznym na obecność RNA wirusa, metodą PCR. Jeżeli taki test daje wynik negatywny, to za pomocą jednego testu można wykluczyć zakażenie wirusem u całej grupy osób. Jest to nie tylko teoretyczna koncepcja, ale praktyczne rozwiązanie stosowane w niektórych krajach, które można wdrożyć także w Polsce.

Praktyczną procedurę testowania grupowego opracowano w ramach projektu SONAR, w zespole kierowanym przez prof. Agnieszkę Dobrzyń i dr Aleksandrę Pękowską (Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, Polska Akademia Nauk) oraz dr hab. Szymona Toruńczyka (Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Uniwersytet Warszawski). W pracę nad projektem z Wydziału MIM UW zaangażowani byli także prof. Bartosz Klin oraz Grzegorz Fabiański (doktorant informatyki).

Testy grupowe to pomysł znany i stosowany od dziesięcioleci. Jako pierwszy opisał je amerykański statystyk i ekonomista Robert Dorfman. Wyniki jego analiz wykorzystano m.in. podczas II wojny światowej do wykrywania krętka kiły wśród amerykańskich poborowych. W bliższych nam czasach z sukcesami stosowano je do badań przesiewowych na obecność wirusa HIV. W ostatnim czasie w kilku krajach (m.in. w Izraelu, Indiach, Niemczech i USA) rozważa się przydatność grupowego testowania w diagnostyce COVID-19.

W ramach projektu SONAR, w części realizowanej na Wydziale MIM UW, dokonano analizy i porównania wielu znanych z literatury algorytmów testowania grupowego i zaproponowano konkretny i praktyczny protokół, w którym metoda testowania zależy od aktualnego rozpowszechnienia choroby w populacji. Jeżeli odsetek zakażonych wynosi mniej niż 2 proc., to pojedynczym testem sprawdza się pulę utworzoną z 12 próbek. Jeżeli jest to więcej niż 2 proc., ale mniej niż 8 proc. -- wykorzystuje się tzw. test kratowy 8 x 12 próbek. Jeśli jest to od 8 do 15 proc. -- stosuje się pule rozmiaru 4. Jeśli jednak w badanej populacji zakażonych jest więcej niż 15 proc., to testy grupowe stają się nieopłacalne i próbki należy badać indywidualnie.  

Proponowany protokół działa w oparciu o szacowany odsetek zakażonych w populacji.
Źródło: Szymon Toruńczyk

Oszczędności uzyskane dzięki tak stosowanym testom grupowym także zależą od odsetka zakażonych w badanej populacji. Jeśli zakażonych próbek jest 1%, to zaproponowany protokół pozwala na pięciokrotne zwiększenie liczby próbek badanych z użyciem tej samej liczby testów. Przy 0.1% zakażonych, oszczędność jest 10-krotna.

Średni koszt przetestowania pojedynczej osoby w porównaniu do kosztów testowania indywidualnego, w zależności od odsetka zakażonych w badanej populacji.
Źródło: Szymon Toruńczyk

Problemem przy opracowywaniu procedury testowania grupowego jest przede wszystkim to, że wirus ten występuje u pacjentów w bardzo różnych stężeniach. Chociaż testy genetyczne PCR stosowane do wykrywania wirusa SARS-CoV-2 są niezmiernie czułe, jednak mieszanie próbek wiąże się z pewnym ryzykiem niewykrycia “rozrzedzonego” wirusa w teście grupowym. Ryzyko to jest tym większe im większe są stosowane pule. W części eksperymentalnej projektu SONAR, wykonanej w Instytucie im. Nenckiego, zbadano próbki pobrane od zarażonych pacjentów i oszacowano utratę czułości przy pulach różnych rozmiarów. Ustalono, że przy mieszaniu próbek pobranych od kilkunastu pacjentów utrata czułości jest akceptowalna, a korzyści uzyskane dzięki znacznie zwiększonej przepustowości systemu testowania przeważają nad kosztami.

Z teoretycznego punktu widzenia istnieją sprawniejsze od tu zaproponowanych algorytmy testów grupowych, ale są one o wiele bardziej skomplikowane i trudniejsze do wdrożenia w praktyce. Zaproponowany przez polskich naukowców protokół uwzględnia ograniczenia laboratoryjne, logistyczne i biologiczne. Opracowany protokół jest prosty, praktyczny i nie wymaga użycia żadnej technologii, która nie byłaby dostępna w standardowo wyposażonym laboratorium diagnostycznym. Protokół jest gotowy do wdrożenia i oczekuje na podjęcie odpowiednich decyzji na szczeblu centralnym, przede wszystkim w Ministerstwie Zdrowia.

Od lewej: Aleksandra Pękowska, Agnieszka Dobrzyń, Szymon Toruńczyk.
Źródło: Instytut Nenckiego

Popularnonaukowy opis mechanizmu testów grupowych, Jak rozpoznać Cylona aut. Grzegorz Kosiorowski:
http://www.deltami.edu.pl/temat/matematyka/zastosowania/2015/05/25/Jak_rozpoznac_Cylona/