실험실 획득 감염과 생물안전
Laboratory-acquired infections and biosafety

 질병관리본부 국립보건연구원 생물안전평가과      

 
  중증급성호흡기증후군(severe acute respiratory syndrome ; SARS)은 2002년 중국 광동지역에서 발생하기 시작한 신종전염병으로 2003년 3월에는 홍콩, 싱가포르, 베트남, 대만, 캐나다와 미국 등으로 확산되었다. 2003년 9월 세계보건기구(World Health Organization ; 이하 WHO)는 SARS의 유행으로 29개 지역에서 8,098명이 감염되었으며 그 중 774명이 사망하였다고 보고하였다[1]. WHO는 SARS 유행 종료 선언 이후, SARS-coronavirus(이하 SARS-CoV)의 실험실 확인진단 환자는 17명이었으며, 이 중 13명은 실험실과 연관성이 있다고 보고하였다. 이들 13명 중 6명은 실험실 내 작업 활동 과정에 노출된 사례였고, 나머지 7명은 실험실획득 감염(laboratory-acquired infection)에 의한 사례이었다.
  이 중 2004년 중국에서 발생한 사례는 실험실획득 감염으로 시작된 SARS가 2차, 3차 감염을 통하여 지역사회로 확산될 수 있음을 보여주는 것으로 그 감염경로는 다음과 같다. 북경의 국립바이러스연구소(National Institute of Virology)는 2004년 2-4월 사이에 살아있는 SARS-CoV를 이용한 실험을 수행하였는데 이 연구소에 근무하고 있던 26세 여성 A연구원이 3월 25일 발열 등 임상증상이 나타난 후 폐렴 소견이 나타나는 등 증상이 악화되어 3월 29일 병원에 입원하였다. A연구원은 3월 7일부터 22일까지 SARS-CoV를 취급하는 실험에 종사한 과거력이 있었다. A연구원이 병원에서 입원 치료를 받고 있는 동안 3월 29일부터 4월 2일까지 간호를 담당하였던 20세 B간호사는 4월 7일 유사한 임상증상이 나타나 입원치료를 받았고, 4월 19일에는 입원 중인 A연구원을 간호하던 A연구원의 어머니가 SARS-CoV 감염으로 사망함에 따라 B간호사와 A연구원의 어머니는 A연구원으로부터 2차 감염된 것으로 보고되었다. 4월 22일, A연구원과 B간호사는 SARS 확진 판정을 받았다.
  이후 B간호사와 긴밀한 접촉이 있었던 B간호사의 어머니, 아버지, 숙모가 SARS-CoV에 감염된 것이 확인되었고 B간호사와 동일한 방을 사용했던 C의사와 C의사의 가족이 SARS-CoV에 감염된 것으로 추정되어 3차 감염이 발생한 것으로 보고되었다. 또한 A연구원과 같은 연구소에 근무하는 31세 남성인 D연구원은 4월 17일 SARS 임상증상이 발현하여 치료를 받았다. 이러한 일련의 감염 사례가 원인이 되어 National Institute of Virology에 대한 조사가 실시되었고 이 연구소는 4월 23일 폐쇄되었다. 역학조사 결과, A연구원과 D연구원이 SARS-CoV에 감염될 만한 단일 요소나 적절하지 않은 절차는 확인되지 않았다[2,3]. 이러한 감염사례와 관련하여 WHO는 실험실 획득 감염의 위해(risk)를 최소화하기 위하여 살아있는 SARS-CoV를 취급하는 실험은 반드시 생물안전 3등급 연구시설(Biosafety level 3 ; BL-3)에서 실시할 것을 강력하게 권고하였으며 향후 이 연구소에서 살아있는 바이러스를 취급하는 실험을 수행할 경우에는 바이러스 취급 및 보관을 위한 물리적 밀폐 확보, 출입통제관리, 안전한 실험절차, 실험종사자의 개인보호장비 착용, 실험실 종사자 전원에 대한 건강 모니터링 등을 이행할 것을 권장하였다.    
  실험실 획득 감염은 SARS-CoV 감염처럼 인체에 위해 가능성이 있는 다양한 병원체 및 임상검체 등의 감염성 물질을 취급하는 의생명과학분야 실험실에서 부족한 집중력, 부주의한 실수, 부적절한 실험절차와 사고 등으로 인해 지속적으로 발생하고 있다. 미국과 영국의 실험실에서 가장 빈번히 보고되는 실험실 획득감염은 브루셀라증(brucellosis), 큐열(Q fever), 간염(hepatitis), 장티푸스(typhoid fever), 야토병(tularemia)과 결핵(tuberculosis) 등으로 알려져 있다[4]. 2003년 미국에서 25세와 64세에 해당하는 연령별 미생물학자 집단과 일반인 집단의 주요 감염병 발생 위해를 분석한 결과, Brucella spp.에 의한 실험실 획득 감염이 발생할 위해는 미생물학자 집단의 641명/10만 명에 비해 동일 연령의 일반인 집단의 경우에는 0.08명/10만 명인 것으로 나타났고, Neisseria meningitidis의 경우에도 미생물학자 집단이 일반인 집단에 비해 병원체에 감염될 위해가 상대적으로 높은 것으로 보고되었다[5].
  우리나라에서도 병원체 등 감염성물질의 취급으로 인한 실험실 획득 감염이 상당수 발생되었을 것으로 예상되나 논문 등을 통해 보고된 사례는 제한적이다. 국내 한 대학교 바이러스질환 연구소에서 근무하는 연구원들 중에서 1971년부터 1979년 사이에 발생한 9명의 신증후군출혈열 환자는 직접적인 병원체 접종 과거력이 없었고 야생 설치류를 잡거나 자연적 또는 실험적으로 감염된 동물들을 취급하는 작업에 직접적인 연관성이 있는 사람들로 감염된 동물 취급, 제한적인 공기 순환시스템과 낮은 습도 등이 원인이 되어 발생한 실험실 획득 감염으로 보고되었다[6]. 실험실 내 동물실험으로 인한 신증후군출혈열 유행 여부를 조사하기 위하여 한 기초의학 연구동과 동물사육실에 근무하는 연구원들을 대상으로 설문조사와 한타바이러스에 대한 혈청 내 항체검사를 실시한 보고[7]에 따르면, 조사 기간 중 한타바이러스 감염에 의한 혈청검사 양성자는 7명이었는데, 이들 모두 실험동물을 취급한 경험이 있었고 해당 동물사육실의 실험동물을 이용한 과거력 조사에서 한탄바이러스 항체 양성자와 음성자 사이에 통계적으로 유의한 차이를 보여 본 실험실 획득 감염은 해당 동물사육실에서 사육·취급되는 실험동물과 관련되어 있음을 제시하였다. 그 밖에 발진열, 톡소포자충증(toxoplasmosis)에 대한 실험실 획득 감염 사례보고가 있다.
  실험실 내에서 병원체에 노출되어 실험실 획득 감염이 발생하는 주요 경로로는 1) 감염 가능성이 있는 병원체 및 검체의 원심분리, 혼합, 분쇄, 부유혼합 등 실험절차와 병원체 유출사고 등을 통한 비말 에어로졸 생성에 의한 흡입, 2) 병원체 접종 주사바늘에 의한 사고, 날카로운 실험기구에 의한 열상이나 실험동물 및 곤충에 물리거나 할퀴기 등을 통한 접종, 3) 입으로 피펫팅 하는 경우, 입안으로 감염성 물질이 튀는 경우, 오염된 손이나 물품을 통한 섭취, 4) 감염성 물질의 눈, 코, 피부 등을 통한 직접 접촉 또는 오염된 장비를 통한 피부나 점막의 오염으로 구분된다. 실험실 획득 감염과 연관된 실험실 사고 유형으로는 감염성 물질이 분무되거나 튄 경우, 오염된 주사바늘에 찔리거나 노출된 경우, 날카로운 기구 사용 순으로 알려져 있으나 그 원인을 모르는 경우도 적지 않다[4]. 아직 확인 동정되지 않은 미지의 병원체를 배양하거나 취급하는 경우에 부적절한 실험절차 및 안전수칙 불이행 등으로 인하여 감염될 수도 있다. 2006년 11월 미국 인디애나와 미네소타에 위치한 임상미생물 실험실에서 각각 1명의 실험실 종사자에서 브루셀라증 발생이 보고된 바에 의하면, 이들 실험실 종사자는 미지의 병원체를 개방형 작업대에서 배양하고 취급하는 등 안전절차를 이행하지 않아 감염된 것으로 조사되었다[8].
  생명공학 기술의 발달, 실험실 생물안전 장비의 유용성, 향상된 효과적 안전기술과 개인보호장비의 활용에도 불구하고, 실험실 종사자의 실수는 실험실 획득 감염 발생의 주요 원인 중 하나이다. 병원체가 인체에 감염되는 경로는 다양하여 탄저균은 오염된 비말 흡입, 감염된 동물, 피부 또는 점막 접촉을 통해 감염되며, 페스트균이나 야토균은 앞에서 기술한 감염경로 이외에 섭취를 통해서도 감염되기 때문에 실험실-획득 감염과 관련하여 실험실 내 감염경로 등 위험요소에 대한 전반적인 위해분석이 필요하다[4].
  우리나라 미생물 실험실의 생물안전등급을 조사하고 미생물 실험실의 생물안전수준을 평가하기 위하여 생물안전 2등급 실험실을 운영하고 있는 것으로 자체 평가한 기관을 대상으로 개인보호장비, 생물안전설비, 실험실의 구조, 전반적인 실험실 관리수준과 생물보안 등 5개 평가영역별에 대하여 WHO의 생물안전기준을 충족하는 지 여부를 조사하였다. 그 결과에 따르면, 기본적인 6가지 개인보호장비를 모두 구비한 실험실은 5.9%에 불과하였으며, 생물안전설비영역을 모두 만족하는 실험실은 43.9%, 실험실 작업대 방수성 등 실험실 구조영역에 적합한 실험실은 40.9%, 생물위해표시(biohazard sign) 부착 등 전반적인 실험실 관리 영역을 만족하는 실험실은 4.6%로 전반적으로 생물안전기준 충족도가 매우 저조하게 나타났다. 실험실 생물안전교육, 작업 시 안전매뉴얼 보유 등 생물보안영역의 기준을 충족하고 있는 기관은 10.1%로 조사되어[9] 조사 당시 우리나라 미생물 실험실의 전반적인 생물안전수준은 WHO 기준에 크게 미흡한 것으로 나타났다. 실험실 획득 감염은 실험 종사자 개인에 의한 사고나 비의도적인 유출에 의해 발생하기도 하지만 연구기관의 생물안전등급 연구시설의 물리적 확보 수준, 개인보호 및 생물안전장비의 지원 미비, 안전한 실험절차 부재 등 기관차원의 생물안전관리 운영체계의 영향을 받기도 한다. 따라서 실험실 획득 감염의 발생은 실험에 대한 위해성을 평가하고 실험실 위해저감 관리를 위한 운영체계 가동, 안전정보의 공유 등 연구기관 및 실험 종사자의 적극적인 생물안전 활동 수준에 따라 개선될 수 있다.
  병원체를 취급하는 실험실에서의 비의도적 유출 등으로 인한 실험실 획득 감염은 실험실 종사자 개인의 감염 뿐만 아니라 지역사회의 감염성 질환 발생 및 유행이라는 공중보건학적 위해를 초래할 수 있기 때문에 연구기관의 장, 연구책임자, 시험연구자 개개인은 취급하는 병원체 및 실험내용 요소를 바탕으로 위해성 평가를 실시하여 예상되는 위해를 제거하거나 최소화할 수 있도록 노력하여야 한다. 특히 이용하고자 하는 병원체가 고위험병원체인 경우에는 부주의한 감염사고나 유출이 인명과 사회 전반에 위협이 될 수 있기 때문에 생물보안 개념을 포함한 생물안전을 확보하여야 한다.
  생물안전(biosafety)이란 의생명과학분야에서의 연구 활동과 관련하여 사람과 환경에 대한 안전성을 확보하기 위한 일련의 활동으로 적절한 물리적 밀폐(physical containment)의 확보, 연구자 또는 연구기관의 위해성 평가(risk assessment) 능력과 안전관리를 위한 운영체계 구축을 포함하는 개념이다. 따라서 실험실 획득 감염 발생을 최소화하고 감염 위해요소를 제거하기 위해서 연구책임자 및 실험 종사자는 취급하고자 하는 병원체 및 실험내용 등 실험실 위험요소 특성을 토대로 사전 위해성 평가를 실시하고 실험절차에 대한 안전 SOP(standard operating procedure)를 마련하는 등 실험 위해를 최소화하거나 수용 가능한 위해수준으로 낮추어 실시하여야 한다. 연구기관은 기관 내 수행 연구과제에 대한 위해성 심사제도의 이행, 물리적 밀폐 연구시설, 안전장비 및 개인보호장비의 확보, 정기적인 생물안전교육프로그램 운영 및 자체 생물안전규정 제정 등 안전관리체계를 구성·운영하여야 한다. 실험실 생물안전관리에 관한 상세한 내용은 질병관리본부에서 마련한 「실험실 생물안전지침」을 참고한다(http://biosa-fety.kdca.go.kr/자료실). 위해 가능성이 큰 병원체 및 독소에 대한 국내 생물안전성 확보를 위하여 생물테러의 목적으로 이용되거나 사고 등에 의하여 외부에 유출될 경우 국민건강에 심각한 위험을 초래할 수 있는 32종 병원체를 2005년 7월 「전염병예방법」개정을 통해 ‘고위험병원체’로 지정함으로써 국내 고위험병원체 취급기관에 대한 실험실 생물안전관리를 강화하였다. 한편, 현대생명공학기술을 이용한 유전자변형생물체 개발 및 실험, 유전자 재조합실험 시 발생할 수 있는 위험발생을 예방하고 생물안전을 확보하기 위하여 「유전자변형생물체국가간이동 등에 관한 법률」 및 「유전자재조합실험지침」(보건복지부 제2007-39호)을 시행하는 등 질병관리본부를 비롯한 관계 행정기관은 우리나라 실험실의 생물안전 수준을 향상시키고 안전관리에 대한 역량 강화를 위하여 노력하고 있다. 향후 생물안전관리의 선진화를 위하여 병원체 및 독소를 취급하는 실험실의 생물안전관리, 실험실 획득 감염 보고 및 역학조사체계 확립, 실험실 종사자의 건강 모니터링제 등에 관한 제도화가 마련되어야 할 것으로 사료된다. 

 참고문헌

 1. Summary of probable SARS cases with onset of illness from 1 November 2002 to 31 July 2003, World Health Organization.
    (http://www.who.int/csr/sars/country/table2003-09-23/en/)
 2. China confirms SARS infection in another previously reported case; summary of cases to date-Update 5, World Health Organization.
    (http://www.who.int/csr/don/2004-04-30/en/print.html)
 3. SARS in China: investigation continues-Update 6, World Health Organization. (http://www.who.int/csr/don/2004-05-05/en/print.html)
 4. Sewell, DL. Laboratory-associated infections and biosafety, Clin Microbiol Rev 1995. 8(3):389-405
 5. Baron, EJ. et. al. Bacterial and fungal infections among diagnostic laboratory workers: evaluating the risks. Diag Microbiol & Infect Dis 2008. 60:241-
    246.
 6. Lee. HW. et. al. Laboratory-acquired infections with Hantaan virus, the etiologic agent of Korean hemorrhagic fever. J Infect Dis 1982. 146(5):645-
    651.
 7. 조수헌 등. 의과대학 연구동에서 발생한 유행성출혈열 역학조사. 예방의학회지 1999. 32(3):269-275.
 8. Laboratory-acquired brucellosis; Indiana and Minnesota, 2006. MMWR Morb Mortal Wkly Rep 2008 January 18 57(2):39-42.
 9. 이진용 등. 우리나라 미생물 실험실의 생물안전현황. 예방의학회지 2005. 38(4):449-456 .