Outbreak investigation: how to prevent laboratory contamination during high-throughput testing

Rev Sci Tech. 2018 Dec;37(3):843-856. doi: 10.20506/rst.37.3.2891.

Abstract

This is particularly important for outbreaks of highly contagious animal diseases. Efficient and correct testing as well as the reduction of technical breakdowns should be addressed by a laboratory contingency plan specially designed for the use of polymerase chain reactions (PCRs), i.e. PCR or reverse transcription PCR ([RT]-PCR) or the high-throughput quantitative real-time form of these tests([RT]-qPCR). Problems with contamination during outbreak investigations can negatively impact reliable diagnostics, and ultimately the eradication of the disease in the field. Therefore, well-defined standard procedures for preventing contamination are highly recommended, particularly in emergencies when a steep increase in the number of samples necessitates the use of additional, less-experienced laboratory support staff. In the context of an outbreak, the possible implementation of preclinical testing is an important point of discussion. Very sensitive methods, which are prone to contamination, are used for this type of testing, increasing the risk of false-positive results. Potential approaches to minimising contamination include standard protocols adapted for high-throughput analyses, different procedures for samples with an expected high or low viral load, and the prioritisation and treatment of samples with respect to epidemiological aspects (e.g. epidemic vs endemic situations). Although there may be pressure to perform outbreak investigations as soon as possible, the authors do not recommend preclinical testing in every case due to the severe consequences of false-positive results. Contingency plans should be discussed with the responsible authorities and communicated to relevant personnel before an outbreak occurs. The specific aim of this paper is the detailed description of solutions to prevent the laboratory contamination of samples and to avoid the generation of false-positive results.

L’identification précoce des maladies est un facteur essentiel pour mettre rapidement en place les mesures de (bio)sécurité et d’éradication appropriées. Ainsi, en cas d’apparition d’un foyer, il est indispensable de pouvoir compter sur un diagnostic à la fois rapide et précis. Cette condition est particulièrement importante lorsqu’il s’agit de foyers de maladies animales à forte contagiosité. Les objectifs d’efficacité et de justesse des protocoles d’essai et la réduction des défaillances techniques doivent faire l’objet d’un plan d’intervention d’urgence au laboratoire, conçu spécialement pour les amplifications en chaîne par polymérase (PCR) à haut débit en temps réel, c’est-à-dire la PCR simple ou couplée à une transcription inverse ([RT]–PCR) ou encore la forme quantitative de ces deux tests ([RT]–qPCR). Les problèmes de contamination pendant les enquêtes sur les foyers peuvent avoir un impact négatif sur la fiabilité du diagnostic et compromettre à terme les chances d’éradiquer la maladie sur le terrain. Il est donc vivement recommandé de mettre en place des procédures normalisées prédéfinies visant à empêcher tout risque de contamination, en particulier dans les situations d’urgence où l’augmentation soudaine du nombre d’échantillons à analyser impose de faire appel à un personnel de soutien, parfois moins expérimenté. La possibilité de procéder à des analyses précliniques dans le contexte d’un foyer est un élément important de la discussion. Pour ce type d’essais, il est fait appel à des méthodes extrêmement sensibles qui sont davantage exposées aux contaminations, ce qui accroît le risque d’obtenir des résultats faussement positifs. Les méthodes envisagées pour minimiser la contamination sont l’application de protocoles normalisés adaptés aux analyses à haut débit, le recours à des procédures différentes suivant que la charge virale attendue des échantillons est forte ou faible, et la priorisation et traitement différenciés des échantillons en fonction de leurs caractéristiques épidémiologiques (par exemple, situations d’épidémie versus d’endémie). Malgré les pressions exercées pour des enquêtes aussi rapides que possible sur les foyers, les auteurs ne recommandent pas que des analyses précliniques soient effectuées en toutes circonstances, compte tenu de la gravité des conséquences des résultats faussement positifs. Il convient d’examiner les plans d’urgence avec les autorités responsables et de les transmettre aux personnels en charge de les appliquer avant la survenue d’un foyer. L’objectif de l’article est de décrire en détail les solutions permettant de prévenir les contaminations au laboratoire et d’éviter la production massive de résultats faussement positifs.

La pronta identificación de las enfermedades es esencial para aplicar con rapidez medidas de (bio)protección y erradicación. En este sentido, ante un eventual brote el diagnóstico debe ser a la vez rápido y exacto, extremo de especial importancia en el caso de brotes de enfermedades animales muy contagiosas. Para garantizar una realización eficiente y correcta de las pruebas y reducir los percances técnicos es necesario contar con un plan de emergencia en laboratorio concebido especialmente para el uso de reacciones en cadena de la polimerasa (PCR) en tiempo real de alto rendimiento, esto es, PCR o PCR acoplada a retrotranscriptasa ([RT]–PCR), o de la versión cuantitativa de estas técnicas. Durante el estudio de un brote, los problemas de contaminación pueden influir negativamente en la fiabilidad del diagnóstico y, a la postre, lastrar la erradicación de la enfermedad sobre el terreno. Por ello se recomienda vivamente el uso de procedimientos normalizados perfectamente definidos para impedir la contaminación, sobre todo en el curso de emergencias, cuando el súbito aumento del número de muestras exige recurrir a personal auxiliar de laboratorio menos avezado. En el contexto de un brote, la posible realización de pruebas preclínicas es un punto importante que conviene abordar. Para este tipo de pruebas se emplean métodos de gran sensibilidad, especialmente vulnerables a la contaminación, cosa que eleva el riesgo de falsos resultados positivos. Entre las posibles soluciones para reducir al mínimo la contaminación están el uso de protocolos normalizados adaptados a los análisis de alto rendimiento, el de procedimientos distintos según se prevea que una muestra vaya a arrojar una carga viral baja o elevada y la priorización y el procesamiento de las muestras en función de aspectos epidemiológicos (p.ej. situaciones de epidemia frente a situaciones de endemismo). Aunque pueda haber presiones para que se empiece a investigar un brote cuanto antes, los autores no recomiendan la práctica de pruebas preclínicas en todos los casos, habida cuenta de las graves consecuencias que tienen los falsos resultados positivos. Los planes de emergencia deben ser examinados con las autoridades competentes y puestos en conocimiento del personal interesado antes de que se produzca un brote. Los autores se centran aquí específicamente en describir en detalle soluciones para prevenir la contaminación de muestras en laboratorio y evitar que se produzcan falsos resultados positivos.

Keywords: High contagious animal disease; High-throughput testing; Laboratory contingency plan; Outbreak; Prevention of contamination; RT-qPCR; Real-time reverse-transcription polymerase chain reaction.

MeSH terms

  • Animals
  • Disease Outbreaks*
  • Laboratories*
  • Real-Time Polymerase Chain Reaction