Sadaļas Sadaļas

Kā darbojas grupveida testēšana. Paskaidrojums ar piemēriem

Pieņemsim, ka epidemiologam jāveic Covid-19 analīzes no lielas cilvēku grupas paņemtiem siekalu paraugiem. Acīmredzams risinājums ir analizēt katru no tiem. Tomēr pastāv algoritmi, kas ļauj būtiski samazināt šo dārgi izmaksājošo operāciju skaitu.

Viens no tiem ir izmantot tā dēvēto pakešu jeb grupveida testēšanu (batch jeb pool testing). Šī pieeja tiek lietota, piemēram, Ķīnā (Uhaņā deviņiem miljoniem pilsētas iedzīvotāju koronavīrusa analīzes tika veiktas nepilnās desmit dienās) un ASV. Tā tiek izmantota arī Latvijā, tostarp arī lai apstrādātu “skolu” Covid-19 testus, konkrēti, “E. Gulbja laboratorijā” – algoritms tur kopumā līdzīgs tam, kā aprakstīts tālāk, bet detaļās ir atšķirības. Tādas nianses ir atkarīgas no tā, kādu konkrēto resursu konkrētajā valstī visvairāk trūkst konkrētajā brīdī – laika, reaģentu, analizēšanas ierīču jaudas vai “cilvēciskā faktora”.

Šīs nianses mēs izlaižam un sniedzam metodes vispārīgo aprakstu, kas ir maksimāli vienkāršots un parāda tikai darbības principu.

Pieņemsim, ka mums ir astoņas mēģenes ar siekalu paraugiem, kas paņemti astoņiem cilvēkiem. Saprotams, ka katra no tām ir iezīmēta tā, lai varētu identificēt pārbaudāmo (tomēr diagrammā šī iezīmēšana nav atspoguļota):

Gadījumā, kad tiek izmantota parastā metode, lai noskaidrotu, vai starp pārbaudāmajiem ir tādi, kas inficējušies ar Covid-19 vīrusu, būtu jāveic katra no astoņiem paraugiem atsevišķa analīze. Grupveida apstrāde darbojas citādi.

Astoņām mēģenēm ar paraugiem tiek pievienota devītā, tukšā:

Tajā tiek ievietota daļa materiāla no katras no astoņām mēģenēm. Galu galā tajā izveidojas no astoņiem cilvēkiem ņemto paraugu sajaukums. Un tieši šis “kokteilis” arī tiek nodots analīzei. Loģika ir tāda: ja kaut viens paraugs no astoņiem ir inficēts, tad inficēta būs arī devītā mēģene. Ja nav inficēts neviens paraugs, tad “tīra” būs arī devītā mēģene.

Ja devītās mēģenes pārbaudes rezultāts izrādās negatīvs, par “tīrām” tiek atzītas visas mēģenes. (Diagrammās inficētie paraugi apzīmēti ar sarkaniem plusiem, “tīrie” – ar zaļiem mīnusiem.)

Veicot tikai vienu analīzi, mēs esam “atbrīvojuši no aizdomām” uzreiz deviņus cilvēkus.

Savukārt, ja devītā mēģene izrādās “sarkana”, par pozitīviem līdz turpmākai noskaidrošanai tiek uzskatīti visi astoņi paraugi (infekcija var būt gan vienā no tiem, gan vairākos, gan visos):

Tālāk iespējami dažādi darbības varianti. Piemēram, tāds – devītā mēģene tiek izmesta, bet astoņas mēģenes ar paraugiem tiek sadalītas divās grupās pa četrām katrā. Katrai grupai tiek pievienota piektā mēģene, un tajā tiek ievietots materiāls no visām šīs grupas mēģenēm:

Tiek pārbaudītas abas “piektās” mēģenes:

Tagad mēs esam atzinuši par negatīviem vēl četrus paraugus. Ar pārējiem strādājam pēc iepriekšējās shēmas – dalām divās grupās, pievienojam jaunas mēģenes u.t.t.:

Veicam analīzi:

Mums atlikuši tikai divi paraugi. Sākumā var pārbaudīt jebkuru no tiem – ja mums paveiksies, tas izrādīsies “zaļš”, un otru paraugu var neanalizēt: tas noteikti ir “sarkans”. Taču, ja pirmais izrādīsies pozitīvs, jāpārbauda arī otrs, jo arī tas var būt inficēts.

Tādējādi lai noskaidrotu, ka neviens no astoņiem cilvēkiem nav inficēts, būs vajadzīga tikai viena analīze (tātad “ietaupītas” septiņas operācijas). Lai atklātu vienīgo saslimušo, būs vajadzīgas ne vairāk kā septiņas operācijas (viena “ietaupīta”).

Šis princips darbojas jo efektīvāk, jo lielāks ir apstrādājamo paraugu skaits un jo mazāk ir inficēto pārbaudāmo vidū, un to mēs tūlīt arī parādīsim.

Pieņemsim, mums jāpārbauda tādi paši siekalu paraugi, taču tie paņemtu jau no 64 cilvēkiem.

Izvietosim tos kvadrātveida kasetē – pa astoņām mēģenēm katrā no astoņām rindām.

 

Attēls, kurā ir teksts, elektronika, kalkulators, tastatūra

Apraksts ģenerēts automātiski

Papildināsim katru rindu ar devīto mēģeni – tāpat, kā jau darījām…

Attēls, kurā ir teksts, elektronika, tastatūra

Apraksts ģenerēts automātiski

… un katru stabiņu – ar vēl vienu devīto mēģeni.

Attēls, kurā ir teksts, elektronika, tastatūra

Apraksts ģenerēts automātiski

Tagad mums ir astoņas mēģenes, un katrā no tām atrodas savas rindas paraugu sajaukums, un vēl astoņas mēģenes, un katrā no tām ir sava stabiņa paraugu sajaukums. Izanalizēsim šīs pievienotas mēģenes.

Attēls, kurā ir kalkulators, elektronika

Apraksts ģenerēts automātiski

Mēs atceramies, ka, ja rindā nav nevienas inficētas mēģenes, “tīras” ir visas mēģenes šajā rindā. Tas attiecas arī uz stabiņiem.

Tagad katra mēģene ir gan rindā, gan stabiņā. Un, ja tā atrodas vai nu “zaļajā” rindā, vai “zaļajā” stabiņā, tas nozīmē, ka tā nesatur infekciju – citādi būtu “nosarkusi” vai nu visa rinda, vai viss stabiņš.

Mēs esam ieguvuši vienu “sarkano” rindu un vienu “sarkano” stabiņu – un mēģene, kas vienlaikus atrodas gan šajā rindā, gan šajā stabiņā, ir tikai viena. Visas pārējās atrodas vai nu “zaļajās” rindās, vai “zaļajos” stabiņos, un līdz ar to nesatur infekciju.

Kā jau teikts, šīs metodes efektivitāte ir īpaši augsta, ja infekcijas izplatība ir zema. Tagad, kad no 64 cilvēkiem inficēts bija tikai viens (pozitīvo paraugu daļa ir 1,6%, apmēram tik daudz pēdējās dienās tiek reģistrēts Latvijā), mēs esam “ietaupījuši” 48 analīzes operācijas jeb 75% no visām operācijām, kas būtu nepieciešamas, lai individuāli pārbaudītu visus paraugus.

Ja inficēto ir, pieņemsim, trīs (4,7% no visiem testējamajiem), aina ir cita – lai arī operāciju kopējais skaits arī šādā gadījumā ir mazāks:

Veicot 16 analīzes, esam sašaurinājuši “aizdomās turamo loku” līdz deviņām mēģenēm – katra no tām izrādījās vienlaikus gan “sarkanajā” rindā, gan “sarkanajā” stabiņā.

Attēls, kurā ir teksts, krāsains, plauksta

Apraksts ģenerēts automātiski

Tās mēs pārbaudīsim katru atsevišķi, un rezultātā atradīsim trīs inficētos.

Iznāk, ka, kopumā veicot 25 analīzes, esam apstrādājuši 64 paraugus, tas ir, resursu ekonomija tomēr iznākusi visai nozīmīga (apmēram 60%).

Grupveida testēšanas metode var būt arī sarežģītāka (un efektīvāka): piemēram, ja izmanto nevis divdimensiju matrices kā mūsu kvadrātveida kasete 8x8, bet trīsdimensiju: iedomājieties astoņas tādas kasetes, kas uzliktas cita uz citas astoņos “stāvos”, tas ir, kopumā 512 paraugus, kuri tiek analizēti ne tikai no katras kvadrāta puses, bet arī pa “stāviem”. Tomēr, tāpat kā jebkurai metodikai, arī grupveida testēšanai ir savi ierobežojumi, kas saistīti, piemēram, ar analizēšanas ierīces jūtīgumu (nedrīkst sajaukt pārāk daudz paraugu – ierosinātāja koncentrācija var izrādīties pārāk maza, lai to konstatētu konkrētā laboratorijas iekārta). Tieši tāpēc vēlreiz uzsvērsim: šajā publikācijā tiek izskaidrots tikai princips, bet ne konkrētā tehnoloģija, un visi skaitļi ir tikai ilustratīvi.

Kļūda rakstā?

Iezīmējiet tekstu un spiediet Ctrl+Enter, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Iezīmējiet tekstu un spiediet uz Ziņot par kļūdu pogas, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Jaunākie
Interesanti

Informējam, ka LSM portālā tiek izmantotas sīkdatnes (angļu val. "cookies"). Turpinot lietot šo portālu, Jūs piekrītat, ka mēs uzkrāsim un izmantosim sīkdatnes Jūsu ierīcē. Uzzināt vairāk

Pieņemt un turpināt