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COVID-19 분자진단검사 경험 공유

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김남희 / 박현웅
서울특별시 보라매병원 진단검사의학과

2019년 12월 중국 우한지역에서 다수의 원인 불명의 폐렴 환자가 보고된 후, 환자의 검체에서 새로운 종류의 코로나바이러스를 분리한지 약 6개월이 흘렀다. 이 질병은 중국을 넘어 여러 국가로 퍼져나갔으며 2020년 1월 30일 WHO에서 국제적 공중보건 비상상태를 선포하기 이르렀다. 신종바이러스는 유전적 계통도를 따라 SARS-CoV-2로 명명되었고, 감염증의 명칭은 COVID-19로 정해졌다. 전 세계가 COVID-19 종식을 위해 노력하였으나 3월 11일 대유행인 판데믹이 선언되었고, (5월 11일 기준) 213개 국가·지역에서 360여만명의 COVID-19 환자가 발생하고 25만여만명의 사망자가 발생하였다.

우리나라는 전파 초반인 2020년 2월 중순, 대구 대형 교회에서 발발한 대규모 집단감염으로 한때 일일 확진자가 1000명에 이르기도 하였으나, 적극적인 역학조사와 바이러스 유전자 검사를 시행하고 고강도 사회적 거리두기를 도입함으로써 확산 추세는 감소되었다. 하지만 수도권에서는 직장, 종교, 의료시설 등에서의 소규모 집단 감염이 산발적으로 일어났으며 해외에서 입국한 유학생과 재외국민으로 인하여 입원 병상 포화에 이르렀다. 필자들이 근무하는 서울특별시 보라매병원은 국내 환자 발생 초기부터 외부 선별진료소를 설치하여 운영하는 중이며, 현재까지 누적 180여명의 확진 환자가 입원하여 치료받고 있는 중이다. 또한 무증상/경증이며 기저질환이 없는 환자 (집중치료가 필요하지 않은 환자)들이 입소해 있는 서울형치료센터에 의료진들을 파견하여 환자들을 돌보고 있다. 필자들은 보라매병원에서의 SARS-CoV-2 유전자 검사의 검사실적 경험을 독자들과 나누고자 한다.

보라매병원에 입원한 COVID-19 확진 환자들의 검사 결과들을 후향적으로 분석해보면, 진단을 받고 입원/입소한 초반에는 상기도 검체에서 하기도 검체보다 더 높은 viral load를 보이는 경향성이 있다. 그리고 viral load가 감소하여 퇴원을 앞둔 시점에는 하기도에서 더 오랫동안 바이러스가 검출되는 경향성이 있다. 추가로, 일부 환자에 대해서는 임상의와 협의 하에 비호흡기 검체에서 COVID-19 검사도 시행하였는데, 혈장(plasma)에서는 65명의 환자 중 4명에게서 아주 낮은 수준의 바이러스가 검출되었다. 대변에서는 50명의 환자 중 39명의 환자에게서 바이러스가 검출되었으며, 이중 소아환자들은 호흡기 검사에서 음성이 확인된 이후에도 대변에서 바이러스 유전자를 확인할 수 있었다. (참고: 퇴원 1-2주 뒤 외래에 방문한 소아 환자들의 대변에서 양성이 확인되기도 하였다.) 소변에서는 1세 미만 2명의 환아에서만 낮은 농도로 확인되었으나, 이는 검체 채취상의 오염을 배제할 수 없었다.

COVID-19의 검사실적 진단의 기준 방법은 real￾time RT-PCR이다. SARS-CoV-2 real-time RT￾PCR은 세계적으로 다양한 프로토콜이 제시되었으며, 각 프로토콜마다 SARS-CoV-2에서 검출하는 유전자부위에 대한 차이가 존재하기도 한다. WHO와 질병관리본부의 지침은 두개의 유전자를 사용하는 2단계 해석 알고리즘을 사용하는 것이다. 두 기관 모두 E 유전자를 PCR 선별검사로 시행하고, orf1b 유전자의 RdRp 부위를 PCR 확인검사로 사용하도록 권고하고 있다. 국내에서 COVID-19의 체외 진단목적으로 긴급 사용 승인된 상용시약들(5월 11일 기준 6개: 코젠, 씨젠, 솔젠트, 에스디바이어센서, 바이오세움, 바이오코어)은 상기의 두 개의 유전자 부위 외의 다른 유전자들 (N, ORF1a)을 검출하기도 한다. 질병관리본부와 대한진단검사의학회는 어떠한 키트를 사용하건, 키트에서 검사하는 모든 유전자가 검출되었을 때만 양성(positive)으로 해석하고 한 개의 유전자라도 음성일 경우 미결정(indeterminate or invalid)이나 음성(negative)로 해석하도록 권고한다.

(그림 1) SARS-CoV-2의 유전자 검사 타겟 (출처: WHO homepage)

문제는, 모든 유전자에서 유전자 증폭이 이른 PCR cycle (낮은 Ct값)에서 나타나는 명확한 양성인 경우와 모든 유전자에서 증폭이 되지 않은 명확한 음성을 제외한 애매한 영역, 불분명한 범위인 grey zone이 존재하기에 결과 판독 시 어려움이 발생한다는 것이다. 초진 환자를 진단할 때 뿐만 아니라, 확진 환자의 격리해제 검사 기준이 “24시간 이상의 간격으로 연속 2회 real-time RT-PCR 결과가 음성이 충족되는 것”이므로 추적관찰시에도 양성/미결정/음성 판정이 중요하다.

SARS-CoV-2 유전자 검사에 영향을 주는 요소는 다양하다. 먼저, 상기도 검체, 특히 비인두 검체의 경우에는 환자에게서 얼마나 제대로 검체를 채취했는지에 따라, 하기도 검체인 가래의 경우 올바른 채담 과정과 함께 검사실에서 검체 전처리 과정을 얼마나 최적화하여 수행했는지에 따라 유전자 증폭 결과가 달라질 수 있다. 일부의 PCR 결과는 비특이적으로 PCR반응이 일어나는 것인지, 낮은 농도의 바이러스 증폭으로 생긴 것인지 구분이 어려울 때가 있다. 따라서 정확한 판독을 위한 재검의 시행 여부와 검사의 최적화 결정에 진단검사의학과 전문의들의 종합적 판단이 특히 필수적으로 요구된다. 또한 각 검사기관별로 선택하는 핵산 추출법과 PCR 키트에 따라 증폭 cycle 값이 달라지며, 같은 방법을 택하더라도 PCR 기기에서 설정한 역치값에 따라 Ct값에 차이가 생기게 된다. 문제는, 현재 사용하고 있는 real-time PCR 키트들이 긴급 승인 제품들이기 때문에 임상 평가 자료가 미비하여 회사에서 제공한 기준에만 따르면 모호한 범위가 생기게 되며, 아직까지 확실한 기준점이 마련되지 못하였다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 대한진단검사의학회는 검사기관들 간의 외부정도관리를 시행하여 표준화에 애쓰고 있다.

COVID-19의 Real-time RT-PCR은 검사가 까다롭고 정확성을 극도로 요구하는 검사이다. 그리고 접수부터 보고까지 약 6시간으로 검사시간이 길고, 여러 검체를 모아서 한번에 처리해야하는 검사이기도 하다. 따라서 숙련된 임상 병리사가 검사를 수행해야만 한다. 하지만 임상에서는 검사시간의 단축, 그리고 잦은 검사 빈도에 대한 요구도가 매우 높다. 그래서 최근 COVID-19의 검사실적 연구는 더 빠른 검사를 위한 현장용 진단 키트의 대한 도입에도 관심을 두고 있다. 현장용 분자 진단검사 제품인 Cepheid사의 Xpert® Xpress SARS-CoV-2는 FDA로부터 긴급사용승인을 취득했으며, 다수의 업체에서 항체/항원 검사 키트 개발을 하였고, 국내 승인 후 시판을 목전에 두고 있다.

상기에 언급한 COVID-19 검사의 경험들은 비단 COVID-19 뿐만 아니라 real-time PCR을 이용하여 병원체의 유전자를 확인하고 진단하는 모든 감염병에 해당되는 이야기일 것이다. 다만 COVID-19에 의해 진단검사의 중요성과 어려움이 수면위로 떠오른 것이고, 이로 인해 다양한 논의가 시작되었다고 볼 수 있다. 아직 우리는 COVID-19에 맞서 고군 분투 중이다. 하지만 우리는 경험을 쌓고 데이터를 축적하며 곧 이 위기를 이겨낼 것이며, 미래에 새로운 바이러스와 맞닥뜨렸을 때 현재보다도 더 신속하고 유연하게 대응할 수 있을 것이다.

(그림 2) 긴급 승인 시약을 이용하여 검사한 SARS-CoV-2의 유전자 검사 결과 일부

[참고문헌]
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