Abstract

Biosafety level 4 (BL4) laboratory training program

Lee Hyun, Park Min Woo, Choi Yeon Hwa, Kim Ju Sim
Division of Bioterrorism Preparedness and Response, KCDC

Background: Biosafety level 4 (BL4) facilities are the highest-leveled laboratories to handle the most deadly pathogens with no available vaccines or therapies such as Ebola virus, Lassa virus. In order to ensure the safe operation of BL4 facilities, redundant biosafety features, well -established standard operation procedures, and qualified and highly skilled workforce are required.
Present condition: In recent years, outbreaks of emerging and re-emerging infectious diseases and bioterrorism threats have created an increased international demand for well-constructed BL4 facilities and highly skilled personnel. These are essential to strengthen national capacity to effectively respond to an infectious disease-related emergency. Hence, in 2014, the Korea Centers for Disease Control and Prevention completed the construction of Biosafety Laboratory Complex including the only BL4 laboratory in Korea that is one of the few in Asia. This BL4 facility has been operating since 2016, and has successfully been carrying out its critical roles in national preparedness against health threats. To meet the educational requirement for BL4 laboratory work, a specialized BL4 training program was designed and developed for researchers and operational staffs based on biosafety guidelines in consideration of the laboratory environment. The program is composed of three elements including an initial assessment, a training course (theories, practices, mentorship), and a periodic reassessment.
Future perspective: This article aims to provide strategies for establishing an effective BL4 training program. The proposed framework could be applied to the training of workers in facilities of other biosafety level. 


  들어가는 말


생물안전 4등급 연구시설(이하 BL4)은 에볼라바이러스, 라싸바이러스 등과 같이 사람에게 치명적이고 감염성이 높으나 이에 대한 효과적인 예방·치료제가 존재하지 않는 생물위해 최고등급(제4위험군) 병원체 국내에는 「감염병의 예방 및 관리에 관한 법률」 및 「생물공학육성법」에 따라 해당 미생물의 병원성, 전파경로 등을 바탕으로 인체에 미치는 잠재적 위해 정도에 근거하여 병원성 미생물 등을 포함하는 생물체를 4개의 위험군으로 분류하고 있다.
그 중 제4위험군은 생물위해 최고등급으로 사람에게 감염되었을 경우, 증세가 매우 심각하거나 치명적이며 예방 또는 치료가 어려운 질병을 일으킬 수 있는 생물체이다.
취급시설이다[1]. 최근에는 신·변종감염병의 해외유입 가능성과 생물테러에 대한 위협 증가로 인하여 국제적으로 BL4 확충과 숙련된 전문가에 대한 수요가 증가되고 있다[6]. BL4를 보유하지 않은 국가의 경우에는 제4위험군 병원체와 생물위해도가 알려지지 않은 신·변종병원체로 인한 감염병 또는 이를 이용한 생물테러 등이 발생할 경우 진단·탐지가 지연되어 신속한 대응이 어렵다. 또한 BL4 미보유 국가는 병원체에 대한 추가 분석 및 예방·치료제 개발을 자체적으로 수행하지 못하기 때문에 다른 국가와의 협력이 필수적이다[3].
질병관리본부에서는 9·11테러 이후 세계의 정치·안보적 불안정성이 가중되면서 점증하는 생물테러 위협과 신종플루 대유행 등의 감염병 발생에 대응하기 위하여 2009년부터 국내 최초 BL4를 포함한 생물안전특수복합시설 건립을 추진하였다. 그 후 BL4를 성공적으로 운영하고 다수의 노하우를 보유하고 있는 국외 보건기관 미국 질병통제예방센터(Centers for Disease Control & Prevention, CDC), 미국 국립보건연구원(National Institute of Health, NIH), 미육군감염병연구소(United States Army Medical Research Institute of Infectious Diseases, USAMRIID) 등
들과 협력 및 기술 자문을 통해 2014년 10월에 시설을 완공하였다. 그 후 공조시스템, 폐수처리시스템, 호흡용 공기 공급시스템 등 시설에 설치된 각종 생물안전시스템에 대한 검증을 수행하고 표준운영절차를 수립하여 2016년 5월 시설사용 허가를 받았다. 현재 질병관리본부는 본 시설에서 제4위험군 병원체 진단 및 예방·치료제 연구를 안전하게 수행할 수 있도록 출입자 교육훈련, 비상대응훈련 등을 반복수행하고 있으며, 제4위험군 병원체에 의한 의심환자 발생 시 신속히 확진 검사가 가능하도록 만반의 대응체계를 갖추고 있다. 일례로, 지난 3월에는 서아프리카 지역에서 지속적으로 발병하고 있는 라싸열 의심검체에 대한 확진검사를 수행하기도 하였다. BL4에서는 생물위해 최고등급 병원체를 취급하므로 보다 강화된 안전과 보안 기준을 적용하여 운영해야 한다. 이를 위해 BL4 근무자는 고도로 전문화된 인력으로 구성되어야 하며 다양한 평가를 통하여 업무수행을 위해 결격 사유가 없는지 사전검토 해야 한다. 근무자는 역할에 따라 연구자, 운영담당자, 건물관리자로 나눌 수 있으며 담당업무에 따라 적절한 교육을 이수하고 업무수행능력을 검증받아야한다. 특히 BL4 밀폐구역을 출입하는 연구자와 운영담당자는 시설의 특수 환경을 고려하여 생물안전관련 사항을 완벽히 이해하고 안전수칙을 엄격히 준수해야 한다. 국내에 설치된 BL4는 슈트타입으로 우주복과 유사한 “양압복”을 개인보호구로 착용하고 음압이 유지되는 밀폐구역에서 진단 및 연구를 수행한다(Figure 1). 양압복은 BL4의 필수 개인보호구로서, 내화학성 재질로 제작되어있으며 기밀성이 높아 실험실환경에서 발생할 수 있는 생물학적, 화학적 위해인자로부터 시설 출입자를 완벽히 보호한다[1]. 양압복 착용 시에는 호흡과 보호복 양압유지를 위해 ‘호흡용 공기 공급시스템’이라는 특수설비에 연결된 공기호스로 공기를 공급받아야 한다[2]. 밀폐구역 내에는 공기호스가 곳곳에 설치되어 있으며, 출입자는 이를 양압복에 연결함으로서 공기를 공급받는다. 내부에서 이동시에는 공기호스 분리와 연결을 반복해야하며, 호흡용 공기를 적정한 수준으로 공급받기 위해서는 해당동작에 매우 익숙해져야 한다. 또한 양압복의 무게는 약 5 kg으로 무겁고, 건조공기 흡입(설치기준 25 ㎎/m3이내), 양압복 내부소음(약 70dB) 등으로 작업 피로도가 높으며, 두꺼운 장갑과 팽창된 양압복으로 인하여 세밀한 작업에 어려움이 있다. 따라서 BL4 출입자는 밀폐구역 내부에서 안전하게 업무를 수행할 수 있도록 생물안전과 보안, 운영절차 등에 대해 충분히 이해하고 있어야하며 정신적으로나 신체적으로 요구되는 다양한 조건을 만족해야한다.
본 글에서는 BL4에서 근무하는 연구자와 운영담당자, 건물관리자에 대한 업무적합성 평가와 전문교육체계의 필요성에 대하여 고찰하고 생물안전 확보를 위해 필수적인 교육의 구성요소와 앞으로 발전방향을 제시하고자 한다. 


  몸 말


BL4 관리기관은 시설을 안전하게 운영하기 위하여 진단·연구를 수행하는 연구자나 운영·관리를 담당하는 운영담당자와 건물관리자에 대하여 업무 적합성평가를 실시하고 역할에 따른 교육훈련을 제공해야 한다. 업무 적합성평가에는 신원확인과 신체적, 정신적으로 BL4에서 업무수행에 적합한 조건을 갖추었는지를 사전 평가하는 항목이 포함된다. 해당 인원이 이러한 조건들에 충족될 경우, 다음단계로 BL4 관리기관은 업무 예정자에게 이론, 실습, 멘토링으로 구성된 심층적인 교육훈련을 제공한다. 교육훈련은 업무 예정자가 밀폐구역 내부에서 안전하게 업무를 수행하는데 필수적인 생물안전 이해도와 업무 숙련도를 확보할 수 있는 내용을 포함한다. 각 과정에서 고려해야하는 사항과 구체적인 내용은 아래에 상세히 기술하고자 한다.

업무 적합성 평가
BL4에서 병원체를 직접 취급하거나 주요 설비에 접근 권한이 있는 업무에 배치되기 전에는 근무자에 대한 적합성 평가가 우선되어야 한다. 평가에는 보안심사, 건강검진, 예방접종 여부가 포함된다. 보안심사 시에는 범죄기록과 위험평가 재무상황 등으로 인하여 범죄에 현혹되기 쉬운 상황인지 확인하는 평가
를 실시하고, 부적합자는 배제된다. 미국의 경우, 탄저균 우편물테러가 동반된 9·11테러를 겪게 되면서 생물테러에 악용될 수 있고 유출시 심각한 공중보건위기를 초래할 수 있는 병원체들에 대한 관리를 강화해야한다는 여론이 높아졌다. 이에 미국행정부는 「Public Health Security and Bioterrorism Preparedness and Response Act of 2002」를 제정함으로서 생물학적 위협을 초래할 잠재력이 있는 생물작용제를 “지정병원체와 독소(select agent와 toxins)”로 지정하고 병원체 취급자에 대한 보안심사의 법적근거를 마련하였다[4]. 본 법률에 제시된 사항들 중 보안심사를 포함한 지정병원체 및 독소관리에 필요한 법적요구사항들은 연방행정규칙인 「42 Code of Federal Regulation 73 (Select Agent and Toxins)」에 구체적으로 명시해놓았다[5]. 해당 조항에는 범죄기록 뿐만 아니라 국내·외 테러 또는 폭력 범죄 조직과의 연관성에 대하여 평가하도록 고지하고 있다. 또한 미국 기관소속 BL4 근무자의 경우에는 위의 평가와 함께 기존과 현재의 거주지, 경력, 학력, 참조자(reference), 국외 여행이력과 접촉자, 재무 기록, 불법 정보의 이용에 대하여도 검토되고 있다[6]. 국내의 경우에는 「감염병 예방 및 관리에 관한 법률」과 관련 지침을 통하여 고위험병원체를 안전하게 취급하고 관리하는데 필요한 시설적, 행정적, 운영적 사항을 규정하고 있으며, 고위험병원체 취급자와 관련인원에 대한 보안심사 사항들에 대하여 법적 토대를 마련하기 위하여 개정을 추진하고 있다. 만약, BL4 출입신청자들에 대한 사전 보안심사가 적절히 이루어지지 않을 경우 고위험병원체의 도난, 탈취 등과 같은 범죄사건이 발생할 위험성이 높아지며, 이러한 병원체가 생물테러에 악용될 가능성이 존재하게 된다. 이에 질병관리본부는 BL4 출입신청자들에 대하여 각종 범죄경력과 보안관련 사항들을 사전에 파악하여 보안적 문제가 발생하지 않도록 최선을 다하고 있다.
건강검진에는 근무자가 신체적, 정신적으로 업무를 수행하기에 적합한지 평가하는 항목이 포함된다. BL4 내부에는 감염성 에어로졸을 포함하는 오염된 공기가 외부로 유출되는 것을 차단하기 위하여 높은 수준의 밀폐가 유지되고 있어 출입 절차가 까다롭고 상당한 시간(입퇴실 각 30분 이상)이 소요된다. 또한 연구자가 밀폐구역 내 연구수행을 위해 착용해야하는 양압복은 높은 수준의 소음과 무게로 인한 피로, 열적 스트레스를 초래한다. 이러한 조건에서 실험 또는 운영업무를 수행하여야 하는 출입자들은 스트레스를 견딜 수 있는 신체적, 정신적 조건을 갖추는 것이 무엇보다 중요하다. 이러한 이유로 BL4 관리기관은 지정된 의료기관을 통해 출입신청자들을 대상으로 출입 권한부여 전 신체검사를 실시하고, BL4의 특수한 실험실환경에서 안정적으로 업무를 수행할 수 있는 신체조건을 갖추었는지 평가하고 있다. 검사항목은 시력 및 청력검사, 신체측정, 혈액검사, 소변검사, 혈압측정, 심전도검사, 폐기능검사, 흉부X-선 등이며, 각 항목에 엄격한 기준을 적용하고 있다. 이와 더불어 정신감정을 통하여 술 또는 마약에 대한 중독, 심리적 안정여부, 위기를 극복할 수 있는 적극적인 자세, 안전의식 등을 평가한다. 출입이 허가된 인원이라고 하더라도 정기적 검증과정 중 적합하지 않은 것으로 판명되었을 경우 해당인원을 일시적 또는 영구적으로 업무에서 제외한다. 그밖에 BL4 출입업무 중단을 고려해야할 사항으로는 임신, 수유기, 면역저하(당뇨, 장기이식, 약물치료 등), 커버되지 않는 상처, 정신적 위기상황 등이 있으며, 해당 상황이 발생한 경우 스스로 생물안전관리자 또는 연구책임자에게 알려 업무 배제, 휴식 및 치료 등의 조치를 받을 수 있도록 한다. 기관차원에서는 출입자들이 실험실 출입중단을 초래할 수 있는 상황들에 대해서도 관리자들에게 어려움 없이 보고할 수 있도록 조직내부의 유연한 분위기를 형성하는 것도 중요하다.
병원체를 직접 취급하는 연구자는 업무수행 전 해당 병원체에 대한 예방백신을 접종 받아야 하지만 생물위해 제4위험군 병원체에 대한 허가된 예방제가 없는 경우가 대부분이기 때문에 위해도 평가를 실시하여 허가가 완료되지 않았으나 임상시험에서 그 유효성이 확인된 백신의 접종여부를 검토하고 필요에 따라 적용할 수도 있다. 만약 위해도 평가를 통해 사전 백신접종을 시행하지 않도록 결정된 경우에는 병원체 노출에 대비하여 국내 품목허가를 받지 않았으나 그 유효성이 확인된 의약품이나 국외에서 사용 중인 품목에 대하여 관련부처 및 국외기관과 사전에 협의하여 긴급도입을 위한 체계를 마련하여야 한다.

교육 구성 및 평가
BL4는 근무자와 지역사회, 주위 환경에 병원체 노출 위험이 발생하지 않도록 안전하게 운영되어야 한다. 또한 BL4에서 업무를 수행하는 근무자는 지역, 국가, 국제적으로 신뢰를 받을 수 있는 높은 수준의 역량을 갖추어야 한다. 이를 위해 BL4 관리기관은 체계화된 교육과정을 수립하여 투명하게 운영해야 하고 지속적인 검증을 통해 발전을 이루어야 한다. 고도로 전문화되고 훈련된 BL4 인력은 안전한 시설운영과 비상시 신속한 대응을 가능하게 하며, 신·변종병원체도 안정적으로 취급할 수 있다. 국내 BL4를 운영하고 있는 질병관리본부에서는 국내·외 기준을 검토하고, 국제적 사례연구, 전문가 협력, 자체 훈련을 통하여 효과적인 교육체계를 구축하여 왔으며, 현재까지도 발전을 위해 끊임없이 노력하고 있다.
앞서 설명한 바와 같이 BL4 근무자는 병원체를 직접 취급하는 연구자와 운영담당자, BL4 밀폐실험실에 출입하지 않는 건물관리자로 나눌 수 있다. 이들은 수행업무와 접근이 허가되는 구역, 요구되는 역량이 다르기 때문에 교육은 각 근무자의 역할에 따라 세분화된다(Figure 2). 교육프로그램은 신규자에 대한 교육과 기존 훈련받은 인원에 대한 보수교육으로 구분된다. 신규 교육은 이론, 실습, 멘토링 훈련 3단계로 나눌 수 있다. 이론교육은 모든 근무자를 대상으로 실시되며, 구성 내용으로는 시설에 대한 전반적인 소개, 생물안전과 보안에 대한 원리, 시설 표준운영지침에 대한 이해, 시설에서 발생할 수 있는 사고와 비상상황에 대한 역할별 대응절차 등이 포함된다. 특히 시설에서 취급하는 병원체에 대한 정보(특성, 잠복기, 증상 등)를 제공하여 실험실 획득감염 의심 시 즉시 생물안전관리자에게 보고하도록 교육해야 한다. 이는 병원체에 노출될 가능성이 현저히 낮지만 BL4 밀폐실험실에 직접 출입하지 않는 건물관리자도 해당되며, 허가되지 않은 구역이나 생물위해(biohazard) 표시가 되어 있는 구역은 출입하지 않도록 교육한다.
실습교육은 연구자, 운영담당자를 대상으로 실시하며, BL4 밀폐실험실과 유사한 환경을 재현한 실습실(Mock lab)과 지원시설(밀폐실험실 외 설비구역, 외부복도 등)에서 할 수 있다. 실습은 양압복 및 기타 개인보호구의 관리와 사용법, 출입절차, 호흡공기호스 사용법, 통신장치 사용방법, 생물안전작업대에서의 실험절차, 병원체 제독, 실험장비 사용방법, 비상시 대응절차, 시설운영을 위하여 중요하게 점검해야 하는 설비 확인절차 등이 포함된다. 해당 교육 내용은 실제로 병원체를 취급하는 밀폐실험실에 들어가기 전에 유사한 환경에서 숙련되어야 하는 사항이며, 필요시 밀폐구역 내부에서 촬영한 동영상자료를 사용하는 것도 교육대상자가 밀폐구역 내부를 이해하는데 도움이 될 수 있다.
마지막으로 멘토링 훈련은 멘토 훈련이 완료된 숙련자로서 훈련내용에 따라 운영담당자, 연구자 또는 실험동물 담당 수의사가 될 수 있다.
와 밀폐실험실 내부에 같이 입실하여 훈련을 하는 단계이다. 이 과정은 출입자(운영담당자 또는 연구자)의 역할, 기존 경력, 학습능력에 따라 소요되는 시간과 출입횟수는 다를 수 있으며, 장시간 업무수행이 어려운 BL4의 특성상 훈련을 완료하는데 일반적으로 6개월 이상 소요된다. 병원체를 직접 취급하지 않는 운영담당자의 경우 이수를 위한 소요시간이 상대적으로 짧아질 수 있으며, 동물실험과 같이 위험도가 높고 특별한 기술이 필요한 업무를 수행하는 출입자의 경우에는 반대로 소요시간이 길어진다. 연구자와 운영담당자에 대한 멘토링 훈련의 내용은 밀폐구역 출입절차, 양압복 관리 및 착탈의, 화학샤워 및 비상샤워를 통한 제독방법, 비상시 초동대응 및 탈출 절차, 내부 통신장치 이용방법, 장비 관리와 이용방법, 장비 및 시료의 반‧출입절차, 청소 등 밀폐구역 내부에서 수행해야 하는 전반적인 업무에 관한 사항들을 포함한다. 연구자의 경우에는 실제로 병원체를 이용한 상세한 실험절차에 대한 훈련을 추가적으로 이수한다. 해당 훈련결과는 모두 기록되고 보관되어야 하며, 이를 검토하여 멘토링 훈련 종료시점이 결정된다.
모든 교육에 대한 사항은 교육담당자, 생물안전관리자, 시설관리책임자에 의해 평가된다. 특히 신규교육이 종료되고 밀폐실험실에 자체적 출입이 허가되는 시점에는 엄격한 평가가 이루어져야 한다. 허가된 인원이더라도 주기적인 검증을 위한 평가를 받고 보수교육을 이수해야 한다. 보수교육은 일반적으로 기존에 습득한 지식과 기술을 유지하기 위해 매년 상기 시켜주는 정기교육과 새로운 설비 또는 장비가 도입되었을 때, 새로운 절차가 추가되었거나 또는 절차가 변경되었을 때, 표준운영절차가 제대로 지켜지지 않았을 때 실시하는 비정기(수시)교육이 있다. 또한 보수교육에는 비상시 상황을 대비하는 비상훈련이 포함된다. 비상대응훈련은 주사바늘 찔림, 베임 등 병원체 노출사고부터 병원체 도난, 탈취 등 생물보안사건과 홍수, 지진 등 재난재해사건까지 생물안전 연구시설에서 발생할 수 있는 다양한 상황을 가정하여 실시한다. 비상훈련 후에는 기관 내부적으로 수립된 비상대응체계를 점검하고, 객관적으로 평가하여 보완이 필요한 사항을 개선함으로써 비상대응역량을 향상시킬 수 있다. 비상대응훈련에는 지정병원, 소방, 경찰 등 유관기관이 참여하여 진행함으로서 기관 간 협력체계를 확인함은 물론 상호간 제약사항을 파악하여 실제적인 비상대응체계로 발전시킬 수 있다. 비상대응훈련은 매년 시설을 모두 제독하는 재검증기간 동안 밀폐구역 내부에서 실시하는 경우, 병원체 노출가능성은 없으나 실제와 동일한 환경에서 훈련함으로써 효과를 극대화 시킬 수 있다. 


  맺는 말


생물안전 연구시설의 안전하고 효율적인 운영을 위해서는 시설에 적합한 인력을 검증하고 양성하기 위한 체계적인 절차를 구축하는 것이 필수적이다. 이는 BL4뿐만 아니라 그 하위등급 생물안전 연구시설에도 해당된다. 각 시설의 특성, 취급하는 병원체, 운영방침 등으로 인해 상세절차들은 달라 질 수 있지만 다음과 같은 기본적인 원리는 동일하게 적용된다. 생물안전 연구시설에서는 고위험병원체 등을 취급하거나 접근할 수 있는 업무 수행 전 범죄경력을 포함한 신분 상 취약사항을 파악하여 병원체 도난, 탈취 등의 위험을 사전에 차단해야 한다. 또한, 개인보호구 착용으로 열적·물리적 스트레스 등이 유발될 수 있는 연구시설 특수 환경에서 업무를 안전하게 수행할 수 있는 신체적·정신적 조건을 갖추었는지 평가해야 한다. 검증된 인원을 대상으로는 시설의 특성과 규정에 적합한 맞춤형 교육훈련을 제공하고 시설 안전시스템과 실험안전수칙에 대한 이해도와 숙련도를 확보해야 한다. 교육훈련은 신규, 보수(정기, 비정기)교육으로 구성될 수 있으며, 이는 시설의 생물안전을 위해 지속적으로 수행되어야 한다. 성공적인 교육훈련프로그램은 실험실 사고의 위험성을 최소화 할 수 있다. 다만, 사고 가능성을 근본적으로 차단하는 것은 어렵기 때문에 비상 대응체계를 구축하고 정기적 훈련을 실시하여 이에 철저히 대비하는 것이 필요하다. 이는 시설 근무자와 환경을 보호하기 위한 필수적 요소라고 할 수 있다.
질병관리본부에서는 국내·외 관련 법률 검토와 심층문헌조사, 국외 BL4 운영기관 협력 및 교육 이수, 전문가 그룹과 유관기관 협조를 통해 시설 자체 전문교육훈련체계를 수립하였고, 수립된 절차에 대한 검토와 개선을 위하여 지속적으로 노력하고 있다. 이러한 노력을 통해 질병관리본부는 연구자와 지역사회를 보호하며, 구축된 시설을 안정적으로 운영함으로써 생물테러 및 생물재해로 부터 국민의 건강과 생명을 보호한다는 본연의 역할을 충실히 수행하고자 한다.


  참고문헌


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