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폐수 감시 샘플링 전략 개발

폐수 감시 샘플링 전략 개발
2020년 11월 23일 업데이트

폐수 기반 질병 감시를 구현하기 위해 이 지침을 활용하세요. 폐수 기반 질병 감시는 빠르게 발전 중인 과학이며 CDC는 지침과 정보가 들어오는대로 계속 업데이트를 제공할 것입니다.

샘플링전략 개요

COVID-19 폐수 감시 샘플링 전략은 폐수 처리장의 적극적인 참여와 함께 주, 부족, 지역, 자치지역의 공중보건 필요성에 따라 추진해야 합니다. 폐수 감시 데이터는 공중보건 조치를 알리는 다른 COVID-19 감시 지표를 보완하기 위한 것입니다. 개입이나 공중보건 조치를 오로지 폐수 데이터에만 근거해서는 안됩니다. 샘플링 전략은 가용 자원과 검사 역량, 공중보건 데이터 필요 사이에 균형을 맞추어야 하며 변화하는 과학 지식과 공중보건 필요성에 따라 시의적절하게 업데이트해야 할 수도 있습니다.

하수도란?

하수도는 폐수 수집 시스템이 관리하는 커뮤니티입니다 

COVID-19 폐수 감시 샘플링 전략 개발은 다음 세 단계를 포함합니다

  1. 공중보건 데이터 필요성 파악. 공중보건 데이터 필요는 지역 전염병 상태 및 기타 사용 가능한 보건 지표에 따라 다를 수 있습니다. 현재 과학 수준에 따라 폐수 감시를 활용하여 다음과 같은 대응 목표를 지원할 수 있습니다.
    • 하수도 속 COVID-19 잔존 여부를 기존의 사례 감시보다 일찍 탐지할 가능성. 지역사회에서 사례가 보고되기 며칠 전에 폐수에서 먼저 바이러스가 발견되었습니다. 폐수에 바이러스가 있음을 아는 것은 확진 환자가 없는 고위험군 지역사회를 모니터링할 때 중요한 지표가 될 수 있습니다. 그러나 폐수에서 바이러스 RNA가 검출되지 않았다고 해서 지역사회 감염을 배제할 수는 없습니다.
    • 하수도 속 COVID-19 추세 모니터링. 보고 사례와 미보고 감염을 포함하여 모니터링할 수 있습니다. 분석한 폐수 데이터는 시간에 따른 SARS-CoV-2 농도 추세를 보여줄 수 있습니다. 폐수 속 바이러스 농도 추세는 신규 사례 보고 추세를 며칠 단위로 앞서는 것으로 입증되었습니다. 폐수 감시를 COVID-19 추세의 주요 지표로 사용하는 것은 신규 환자 수 추세 변동이나 지역사회 완화 노력의 가능한 영향을 평가하는 데 유용할 것입니다.

    폐수 속 SARS-CoV-2 RNA 농도는 현재 지역사회의 총 감염자수 또는 감염 인구 비율을 판단하는 데 사용될 수 없습니다. 폐수 속 SARS-CoV-2 RNA 농도와 하수도에서 얻은 감염자수 사이의 관계를 이해하려면 감염자 대변에 있는 SARS-CoV-2 농도에 대한 데이터가 더 많이 필요합니다.

  2. 폐수 샘플링 및 검사 역량 평가. 폐수 샘플링 및 검사 역량을 평가할 때 환경 미생물학 및 폐수 시스템에 대한 전문 지식을 갖춘 사람을 포함하는 것이 중요합니다. 지역사회 내의 바이러스 배출을 보여주는 폐수에서 바이러스 RNA를 정확하고 정확하게 샘플링하고 정량화하는 방법은 아직 개발 중입니다. 이러한 이유로 미국 전역에 검사 역량이 제한적이며 대부분 지속적인 감시 능력이 부족한 학술 기관에서 이를 수행하고 있습니다. 제한적인 폐수 검사 역량을 효과적으로 사용하려면 인구 범위와 잦은 샘플링 빈도를 필요로하는 추세 정보 사이의 적절한 균형을 맞춰야 합니다. 공급망 문제 또한 검사 역량을 제한할 수 있으므로 검사 방법 선택 전에 이를 평가해야 합니다.
  3. 샘플링 계획 개발. 샘플링 계획에서 다음 질문을 해결해야 합니다.

샘플 채취 장소

지역사회 폐수 감시

SARS-CoV-2가 처리장에 유입될 때(미처리 유입수라고 함) 폐수를 샘플링하는 것은 하수도 시스템에 물을 들여보내는 지역사회 내의 감염 경향을 평가하는 데 사용됩니다. 지역 공중보건 데이터 필요성과 자원 가용성에 기초하여 지역사회 차원의 폐수 질병 감시를 위한 처리장 수를 선택합니다. 지역사회의 COVID-19 비율과 추세, 인구 분포, 하수도 특성도 선택에 영향을 미칠 수 있습니다.

지역사회 폐수 감시용 폐수 처리장은 다음 목적을 위해 선택됩니다.

  • 특정 인구 비율을 포함시키기 위해
  • COVID-19 감염 고위험군 또는 COVID-19 중증화 고위험군이 있는 지역사회에 관한 데이터 확보
  • 적시에 COVID-19 임상 검사를 제대로 활용할 수 없는 지역사회에 대한 데이터 확보
  • 인구 밀집 도시 지역 등 접촉 인구가 대규모로 이어진 곳의 여러 하수도를 대표하기 위해

지역사회 폐수 감시를 위해 폐수 처리장을 선택하기 전에 폐수 엔지니어, 유틸리티 관리자와 상의하여 다음 사항을 이해하는 것이 중요합니다.

  • 유틸리티를 공급하는 지역 및 인구
  • 폐기물 투입 유형의 상대적 기여도(산업, 상업, 주거)
  • SARS-CoV-2 탐지에 영향을 미칠 수 있는 작동 요인(예: 유입 폐수 전처리 또는 샘플링 현장의 상류 흐름 조정을 위한 폐수 전환)
  • 처리장에서 사용 가능한 샘플링 위치
  • 샘플 수집, 문서화, 배송을 위한 유틸리티 역량
  • 공중보건 해석에 필요한 유틸리티 메타 데이터 가용성(예: 유입 유량 측정, 화학적/물리적 수질 측정, 공급 지역 셰이프파일)

표적 폐수 감시

표적 폐수 감시는 폐수 네트워크상류에서 폐수를 샘플링하는 것을 수반합니다(예: 리프트 스테이션, 인터셉터, 맨홀). 표적 폐수 감시는 SARS-CoV-2 감염이 하수도에서 어떻게 분포하는지를 더 잘 이해할 수 있게 해 줍니다. 그러나 현재 이 방법의 적용을 보여주는 데이터는 거의 없습니다.

표적 폐수 감시가 공중보건 활동에 유용한지 여부를 결정할 때에는 다음 사항을 고려하는 것이 중요합니다.

  • 상류 폐수 쪽이 혼합 시간이 짧고 더 적은 사람의 배설물을 포함하기 때문에, SARS-CoV-2 RNA 농도는 폐수 처리장 상류에서 더 가변적입니다.
  • 의도한 대상 인구에게만 공급되는 하수도에 접근하는 것은 인프라 변경이 필요하거나 불가능한 일입니다.
  • 표적 집단 규모에 맞게 효과적인 표적 폐수 감시를 수행하려면 사례 감시보다 비용이 많이 들고 물류적으로 어려울 수 있습니다.

샘플 채취 빈도

폐수 샘플 채취 빈도는 공중보건에서 해당 데이터를 사용하는 방식과 지역사회 COVID-19 유병률에 따라 다릅니다. 검사 빈도가 충분한 폐수 검사는 시간 경과에 따른 추세를 추적할 수 있습니다. 단일 샘플 또는 매우 드물게 (예: 월1회) 샘플링하는 것은 추세 설정에 도움이 되지 않을 수도 있지만 지역사회 내의 COVID-19 존재 여부를 확인하는 데는 사용할 수 있습니다.

폐수 감시의 목표가 폐수 속 SARS-CoV-2의 존재를 확인하는 것이라면 일주일에 한 번 샘플링하는 것이 적절할 것입니다. 감염 추세를 조기 확인하는 것이 목표라면 감시를 위해 해당 추세 기간 내에 샘플링 지점이 적어도 3곳 필요합니다. 다양한 전염병 시나리오 상황에서 폐수 농도가 얼마나 빠르게 변하는지 설명하는 데이터는 거의 없습니다.

특정 위치에서 샘플 채취 빈도를 결정할 때 다음 사항을 고려하세요.

  • 시간 경과에 따른 폐수 추세를 감지하려면 최소 3개의 샘플이 필요합니다. 연속적인 폐수 샘플 채취 간격은 추세를 감지할 수 있는 최소 시간을 결정합니다. 예를 들어, 일주일에 두 번씩 샘플을 수집하는 경우 8일이 추세를 확인할 수 있는 최소 기간입니다.
  • 실험실 검사 역량과 공급망 부족으로 최대 샘플링 빈도가 제한될 수 있습니다.
  • 일회성 샘플링은 하수도 내 SARS-CoV-2 감염 존재 확인 이상의 실행가능한 데이터를 제공하지 못합니다.

샘플 채취 대상

샘플 유형은 대표 샘플을 수집할 때 중요한 고려사항이며 샘플 수집 위치 및 폐수 처리 시설의 특정 요인에 따라 달라집니다. 대상 집단을 가장 잘 나타내는 적절한 샘플 유형을 결정하려면 처리장 직원과 긴밀히 상의하세요.  폐수 처리장에서 화학 물질을 추가하거나 폐수를 혼합하기 전 위치에서 샘플을 수집해야 합니다.

두 가지 폐수 감시 샘플 유형

  1. 미처리 폐수: 미처리 폐수에는 사람의 배설물을 포함하여 가정 또는 건물(예: 화장실, 샤워기, 싱크대)에서 나온 폐기물과 가정외 폐기물(예: 빗물, 산업용)이 포함됩니다. 미처리 폐수는 폐수 처리장 유입수(1차 처리 전)에서 샘플링하거나 폐수 수집 네트워크 상류에서 샘플링할 수 있습니다. 폐수 처리장 유입수에서 수집한 폐수 샘플에서 SARS-CoV-2 RNA 농도 변화는 사례 보고 추세와 상관 관계가 있는 것으로 나타났습니다. 대부분의 경우 미처리 폐수는 RNA 추출 전에 농축이 필요할 것입니다. 농도가 낮은 폐수에서 바이러스를 검출하는 데 필요한 감염수는 데이터가 거의 없는 대변 내 바이러스 양과 분석법 검출 한계에 따라 달라지기 때문에 결정하기 어렵습니다.
  2. 1차 슬러지: 1차 슬러지는 폐수 처리장에서 첫 번째 고형물 제거("침전") 공정 중 폐수에서 침전되는 부유 고형물로 구성됩니다. 1차 슬러지는 1차 처리 후 2차 슬러지와 구별합니다. 2차 슬러지는 폐수 감시에 사용하지 말아야 합니다. 1차 슬러지 샘플에서 SARS-CoV-2 RNA 농도 변화는 사례 보고 추세와 상관 관계가 있는 것으로 나타났습니다. 미처리 폐수에 비해 1차 슬러지 샘플의 장점은 SARS-CoV-2가 슬러지에 농축되어 바이러스 감지에 필요한 샘플 부피를 줄이고 정량화 전에 샘플을 농축할 필요가 없다는 것입니다. 그러나 슬러지 내 SARS-CoV-2 RNA 농도 정도는 잘 밝혀지지 않았습니다. 또한 슬러지 샘플은 처리장에 추가한 화학 물질, 실험실 방법에 지장을 줄 수 있는 화합물 농도 증가 또는 처리장 다른 곳에서 나오는 재활용 폐기물 유입 등 각 폐수 처리장에 대해 평가해야 하는 과제를 제기하기도 합니다.

샘플 유형 선택

미처리 폐수와 1차 슬러지는 모두 지역사회 폐수 감시 샘플 유형으로 허용됩니다. 업스트림 대상 폐수 감시의 경우 미처리 폐수 샘플만 사용할 수 있습니다. 실험실 방법 사용이 가능한 경우 바이러스가 슬러지에 더 집중되기 때문에 확진 사례 환자가 거의 없는 하수구 내 감염 여부를 평가하려면 슬러지 샘플링을 권장합니다. 미처리 폐수 샘플은 폐수 처리 공장에서 슬러지를 샘플링하기 전에 소독제를 적용하거나, 슬러지 검사에서 분석 억제율이 높은 경우 또는 바이러스 복구가 불량한 경우, 1차 침전내 고형물 체류 시간을 알 수 없는 경우 권장합니다.

샘플 채취 방법

폐수 감시를 위한 2가지 샘플 수집 방법 

  1. 그랩: 그랩 샘플은 신속하게 수집할 수 있으며 자동화 장비가 필요하지 않습니다. 그러나 그랩 샘플은 복합 샘플보다 지역사회 배설물 대표성이 떨어질 수 있습니다. 미처리 폐수 및 슬러지의 경우 채취 샘플은 한 시점만을 나타내며 폐수 흐름 및 일일 구성 변동에 큰 영향을 받습니다. 처리장 차원에서 지역사회 감염 비율이 충분히 높으면 그랩 샘플이 복합 샘플과 유사한 농도를 제공할 수 있습니다. 그러나 현재 그랩 및 복합 샘플 유사성을 보여주는 지역사회 감염의 최소 비율은 알려지지 않았습니다.
  2. 복합: 복합 샘플은 설정 시간(일반적으로 폐수 감시를 위한 24시간) 동안 지정 빈도로 여러 채취 샘플을 모아 수집합니다. 미처리 폐수의 복합 샘플을 수동으로 수집하거나 유량 가중 샘플을 수집하는 냉동 기능이 있는 자동 샘플러를 사용하여 수집할 수 있습니다(예: 유량  200,000갤런당 하위 샘플 하나). 연속 복합 샘플러 (흐름 가중치 대비)는 샘플이 하수도를 이용하는 지역사회에 대한 대표성 정도를 개선할 수 있습니다. 복합 샘플은 그랩 샘플보다 지역 사회 배설물 기여를 더 잘 나타내는 것으로 간주됩니다.

샘플 용량 선택

수집할 샘플 양은 샘플 유형(폐수 또는 슬러지)에 따라 다릅니다. 복합  폐수 샘플 1리터(L) 또는 그랩 슬러지 샘플 100밀리리터(ml) 용량이 검사에 적합할 것입니다. 직접 추출할 수 있는 슬러지 고형물의 최대양은 일반적으로 약 2g입니다. 남은 시료량(있는 경우)은 반복 측정 또는 생물학적 변동성을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.

농축한 정량 샘플의 용량은 검출할 수 있는 최소 SARS-CoV-2 RNA 양을 결정합니다. 1L 이상의 폐수를 농축하면 회수율이 떨어지거나 바이러스 신호가 억제될 수 있습니다. 그랩 샘플을 사용하는 경우 폐수 처리장 직원과 상의하여 인간 배설물 피크 시간을 포착하여 대표 샘플을 수집하고 슬러지의 고형물 체류 시간에 대해 이해할 필요가 있습니다.

안전한 샘플 수집, 보관, 배송 방법

샘플 채취 안전성: 폐수에 노출되어 COVID-19에 걸린 사람이 있다는 증거는 없습니다. 폐수 처리장 운영 관련 표준 규범은 폐수 처리  작업자를 SARS-CoV-2로부터 충분히 보호해야 합니다. 이러한 표준 규범에는 엔지니어링 및 관리 제어, 손 씻기, 특정 안전 작업 규범, 미처리 폐수 처리 시 일반적으로 필요한 개인보호장비 등이 있습니다. COVID-19 보호 방법에 대한 CDC 권장사항 외에 폐수 처리 시설 작업자 등 폐수 관리 작업자에게 추가로 권장하는 COVID-19 관련 보호책은 없습니다.

보관: 샘플을 냉장 (4°C) 온도보다 높은 온도에서 보관해서는 안됩니다. 수집 과정에서 샘플을 냉장하세요. 효과적으로 실행가능한 폐수 감시는 신속한 데이터 수집에 의존하므로 가능하면 수집 후 24시간 이내에 샘플을 처리하는 것이 좋습니다. 남은 샘플은 보관을 위해 -70°C로 동결할 수 있습니다. 동결-해동 주기를 2회 이상 하지 않도록 주의해야 합니다. 예비 데이터에 의하면 동결 후 신호에 잠재적 손실이 나타납니다.

배송: 샘플을 실험실로 보낼 때 CDC는 샘플을 냉장(4°C) 포장하고 당일 또는 익일 배송할 것을 권장합니다. 미국 교통부 위험물질규정 및 국제항공운송협회 위험물규정에 따라 카테고리 B 감염 물질(UN 3373)로 샘플을 포장하고 배송합니다.