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Quels sont les risques de faux-négatifs dans les tests groupés ?

Texte mis à jour le 2020-10-15


Mélangé à d’autres échantillons, un prélèvement contenant peu de virus risque de ne pas être détecté comme positif et cela peut poser un problème de diagnostic individuel. Malgré ce risque (dit de faux-négatif), les tests groupés (poolage) sont actuellement utilisés dans de nombreux campus universitaires aux Etats-Unis, au Royaume-Uni et en Belgique pour contenir la propagation de l’épidémie.

Quand un test est négatif alors que vous avez le virus, on parle de faux-négatif. Le principe des tests de groupe est le suivant : au lieu de tester 100 échantillons, on peut rassembler ceux-ci en 10 groupes (“pools”) de 10 et tester chaque groupe avec un test unique. Voir la question Regrouper les tests (“pooling”, “poolage”) : pourquoi et pour quoi faire ?

Idéalement, si un groupe est négatif, alors chaque échantillon qui le compose devrait l’être également. Cependant, le regroupement cause une dilution du ou des échantillons contenant du virus dans ceux n’en contenant pas. Cette dilution est alors susceptible de créer des faux-négatifs : la concentration virale dans le pool peut devenir inférieure au seuil de détection de la machine de diagnostic. Dans ce cas, le résultat du test groupé est négatif (pas d’infection) alors qu’il y a en réalité une personne infectée dans le groupe.

La concentration en virus SARS-CoV-2 dans un prélèvement nasopharyngé ou salivaire peut varier d’un facteur supérieur à x10 000 000 entre 2 individus infectés. En effet, le résultat d’un test RT-qPCR s’exprime souvent sous la forme d’un nombre de cycles de doublement (appelé Ct, pour Cycle threshold) : 25 cycles de doublement peuvent séparer les échantillons avec la plus grande concentration en virus de ceux dont la concentration est proche de la limite de détection du test RT-qPCR (225~107).

Pour bien comprendre l’effet de cette très grande dispersion, imaginez une société avec une répartition des richesses suivantes. La population dite des “négatifs” à 0 ou moins d’un 1$ dans sa poche. Dans la population des “positifs”, on imagine que les 5% de la population les moins riches ont, dans leur poche, une fortune estimée entre 1$ et 2$; les 5% les plus riches suivants, une fortune entre 2$ et 4$; les 5% suivants les plus riches suivants, entre 4$ et 8$, et ainsi de suite. 50% de la population des positifs disposent de 1000$; et pour les 5% les plus riches, il s’agit d’une véritable rente: entre 500 000$ et 1 000 000$. 80% des individus positifs de cette société auront alors une fortune supérieure à 16$. Même diluée dans un pool de 15 individus, la richesse par individu restera supérieure à 1.

La concentration en virus dans différents échantillons (issus de différents individus à différents stades de l’infection) est distribuée de la même façon : 1$ correspond alors à la richesse en virus nécessaire à une détection dans l’appareil de RT-qPCR. Une fraction non-négligeable de la population infectée (de l’ordre de 5 à 15% de la population positive totale) fournit des échantillons dont la concentration en virus est proche des limites de détection des RT-qPCR des laboratoires médicaux. Ces individus faiblement positifs sont donc susceptibles de ne pas être détectés dans un test groupé de taille supérieure à 5. Cependant, les tests groupés restent efficaces pour détecter une très large portion de la population infectée (typiquement supérieure à 80% pour un groupe de 16) dont les prélèvements porteront une concentration virale largement supérieure au seuil de détection d’une machine RT-qPCR classique.

Il y a essentiellement deux moments où le prélèvement issu d’un individu positif peut avoir une faible concentration en virus : en début et en fin de la période infectieuse. En effet, après contamination, la concentration en virus reste indétectable pendant quelques jours, puis augmente rapidement jusqu’à atteindre un pic environ un jour avant l’apparition potentielle des symptômes, puis décroît jusqu’à passer en dessous des limites de détection quelques jours à quelques semaines après la contamination. Voir la question Combien de temps une personne est-elle contagieuse ?

Individuel ou en groupe, un test peut poser un problème de gestion du risque épidémique lorsqu’il ne permet pas de détecter un individu en période d’incubation : la personne peut se croire saine alors qu’elle sera contagieuse dans les jours suivants. Un test groupé moins sensible est donc plus à risque de ne pas détecter un individu en début de phase infectieuse.

En revanche, moins détecter les individus en fin d’infection est potentiellement moins problématique pour ce qui est du contrôle de l’épidémie car les individus en fin d’infection sont vraisemblablement peu contaminants. Voir la question Quels sont les tests pour savoir si j’ai déjà eu la COVID-19 ?

Des études de modélisations indiquent que les faux-négatifs liés au pooling concernent surtout des individus en fin d’infection. En effet, la période d’augmentation en concentration virale est très courte par rapport à la période de fin d’infection.

Deux stratégies peuvent-êtres mises en place pour compenser la perte en sensibilité induite par la dilution :

Les tests antigéniques pour détecter la présence du virus représentent une solution complémentaire aux tests groupés. Ces tests antigéniques sont particulièrement appropriés pour détecter des individus à forte concentration virale. Néanmoins, leur sensibilité est variable et moins élevée que celle des tests RT-qPCR, avec un seuil de détection 100 à 1000 fois plus grand que la limite de détection du test RT-qPCR individuel. Selon cette estimation, le risque de faux-négatif dans un test antigénique individuel serait alors comparable à celui d’un test groupé composé de 100-1000 personnes.

En conclusion, le poolage, ou “pooling”, permet de tester une population importante plus souvent. Malgré l’existence de certains risques de faux-négatifs, le pooling est déjà utilisé dans de nombreux campus universitaires aux Etats-Unis, en Belgique et au Royaume-Uni, pour dépister du personnel de santé à Singapour, en Allemagne, en Uruguay, en Israël et au Portugal.


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Sources

Article historique présentant la taille optimale dans le cas d’un test parfait (sans augmentation du risque de faux-négatifs avec la taille du groupe dans le pool).

Dorfman, R. (1943). The detection of defective members of large populations. The Annals of Mathematical Statistics, 14(4), 436-440.

Estimation de la distribution de la concentration en virus SARS-CoV-2 dans des prélèvements oraux ou nasopharyngés pour différentes classes d’âge à l'hôpital de La Charité, à Berlin (Allemagne) avant le 6 juin 2020.

Jones, T. C., Mühlemann, B., Veith, T., Biele, G., Zuchowski, M., Hoffmann, J., ... & Drosten, C. (2020). An analysis of SARS-CoV-2 viral load by patient age. medRxiv.

Distribution des charges virales observées dans un large échantillon de la population de maison de soins médicalisées (nursing homes) aux Etats-Unis. Les charges virales mesurées chez les individus symptomatiques et asymptomatiques sont similaires.

Lennon, N. J., Bhattacharyya, R. P., Mina, M. J., Rehm, H. L., Hung, D. T., Smole, S., ... & Gabriel, S. B. (2020). Comparison of viral levels in individuals with or without symptoms at time of COVID-19 testing among 32,480 residents and staff of nursing homes and assisted living facilities in Massachusetts. medRxiv.

Article de modélisation du risque de faux-négatifs en pool testing pour la détection du SARS-Cov2. Application à la mesure de la prévalence (sans identification des cas positifs dans les pools) pour la surveillance épidémiologique d’une communauté fermée, de type Ehpad. La prévalence, c’est-à-dire la proportion d’individus positifs, dans une communauté peut être estimée avec une grande précision même sans identification des cas positifs dans les pools.

Brault, V., Mallein, B., & Rupprecht, J. F. (May 14th 2020). Group testing as a strategy for the epidemiologic monitoring of COVID-19. arXiv preprint arXiv:2005.06776.

Article de modélisation de l’impact de l’évolution de la sensibilité des tests groupés au cours d’une infection au SARS-Cov2 avec application à la surveillance épidémiologique d’une communauté fermée. La perte de sensibilité du pool est principalement attribuée aux individus échantillonnés en fin d'infection. La prévalence, c’est-à-dire la proportion d’individus positifs, dans une communauté peut être estimée avec une grande précision même sans identification des cas positifs dans les pools.

Cleary, B., Hay, J. A., Blumenstiel, B., Gabriel, S., Regev, A., & Mina, M. J. (October 6th 2020). Using viral load and epidemic dynamics to optimize pooled testing in resource constrained settings, medRxiv.

Une évaluation de la capacité à déterminer la présence du SARS-CoV-2 dans des échantillons très fortement dilués. Un échantillon de concentration en virus assez moyenne reste détectable dans plusieurs pools de 49 échantillons négatifs (10 essais sur 10) ainsi que dans un pool de 499 négatifs.

Gan, Y., Du, L., Damola, F. O., Huang, J., Xiao, G., & Lyu, X. (2020). Sample Pooling as a Strategy of SARS-COV-2 Nucleic Acid Screening Increases the False-negative Rate. medRxiv

Application d’une technique de digital droplet PCR (ddPCR) permettant une détection virale du SARS-CoV-2 lorsqu’un échantillon positif à faible concentration en virus est inclus dans un groupe de 15 échantillons négatifs.

Martin, A., Storto, A., Andre, B., Mallory, A., Dangla, R., Visseaux, B., & Gossner, O. (2020). High-sensitivity COVID-19 group testing by digital PCR. arXiv preprint arXiv:2006.02908.

Tests groupés (taille de 5 à 20) dans des échantillons salivaires par l’équipe de l’université de Yale, également à l’origine du test SalivaDirect.

Watkins, A. E., Fenichel, E. P., Weinberger, D. M., Vogels, C. B., Brackney, D. E., Casanovas-Massana, A., ... & Cruz, C. S. D. (2020). Pooling saliva to increase SARS-CoV-2 testing capacity. medRxiv.

Discussion de l’intérêt des tests antigéniques malgré une plus faible sensibilité faisant mention d’une limite de détection virale concentration virale 100 à 1000 fois plus élevée dans les tests antigéniques que dans le test RT-qPCR individuel.

Mina, M. J., Parker, R., & Larremore, D. B. (30 Septembre 2020). Rethinking COVID-19 test sensitivity—A strategy for containment. New England Journal of Medicine.

Le potentiel de transmission, estimé par la capacité à infecter des cellules en culture, semble limité aux personnes dont les prélèvements présentent une forte concentration en virus.

Rhee, C., Kanjilal, S., Baker, M., & Klompas, M. (2020). Duration of SARS-CoV-2 Infectivity: When is it Safe to Discontinue Isolation?. Clinical Infectious Diseases.

Discussion du statut des tests groupés (“pool testing”) dans les universités au Royaume-Uni. Le conseil scientifique SAGE recommande de soumettre étudiants et personnels universitaires à des tests réguliers.

Mahase, E. (2020). Covid-19: Universities roll out pooled testing of students in bid to keep campuses open.

Pour aller plus loin

Regrouper les tests (“pooling”, "poolage") : pourquoi et pour quoi faire ?

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Quel prélèvement pour tester la présence du coronavirus : nasopharyngé ou buccal ?

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