바이오인

Biosafety의 현황 및 패러다임 변화

2023년도 KRIBB 워킹그룹 이슈페이퍼 제6호

◈ 목차

1. 개요

2. 주요 동향 및 이슈

   2.1 연구실 생물안전 패러다임의 변화

   2.2 합성생물학과 BIOSAFETY

   2.3 위해성 심사를 위한 NGS 분석방법 도입

   2.4 바이오공정에서의 안전성 관리 및 운영

3. 결론 및 시사점

◈본문

1. 개요

□ 유전자변형생물체의 상업적 이용

• ○유전자변형생물체 상업화 현황

• ╶︎현대 생명공학기술의 발달로 국내 개발 유전자변형생물체(LMO; Living Modified Organism)의 생산과 생산공정이용 유전자변형생물의 이용 및 상업화 사례가 급증하고 있음(표 1)

[표 1] 국내 개발 LMO이용승인 내역

출처 : 한국바이오안전성정보센터 LMO현황(https://www.biosafety.or.kr/portal/page/f_02)

• ○Biosafety의 필요성

• ╶︎국내 유전자변형생물체법에서는 생산공정이용시설에서 이용하는 유전자변형생물체에 대한 위해성평가 및 심사, 생산공정이용시설의 국가등록제도 및 이용승인에 대한 근거 규정을 보유하고 있음(그림 1)

• ╶︎위해성심사과정에서 Biosafety에 대한 검토가 이루어지며, 위해성심사에서 “적합통보”를 받아야 수입승인, 생산승인, 이용승인을 신청할 수 있음

• ╶︎유전자변형생물체 안전관리는 7개 용도별(시험·연구용, 농업용, 산업용, 보건의료용, 환경정화용, 해양수산용, 식품용) 구분에 따라서 중앙행정기관의 주관 하에 진행됨(표 2)

• ╶︎유전자변형생물체의 Biosafety에 대한 위해성평가는 상업화 및 산업화의 과정에서 반드시 필요함

[표 2] 용도별 유전자변형생물체 안전관리 소관부처 및 주요 역할

출처 : 시험·연구용 LMO정보시스템(https://www.lmosafety.or.kr/mps)

□ Biosafety(생물안전)

• ○Biosafety

• ╶︎생물안전(Biosafety)은 생물학적 무결성(biological intergrity)의 대량 손실을 예방하는 것을 목표로 하여 자연환경(생태)과 인간의 건강에 중점을 두고 있음[1]

• ╶︎엄격한 법적 지침과 더불어 실험실 및 작업장 환경에서 생물안전에 대한 주기적인 검토를 수행하는 것이 포함되어 있음

• ○유전자변형생물체와 Biosafety

• ╶︎(유전자변형생물체의 정의) “유전자변형생물체”란 현대 생명공학기술을 이용하여 새롭게 조합된 유전물질을 포함하고 있는 생물체(유전자변형생물체법 제2조제2호 및 유전자변형생물체통합고시 제1-2조제2호)

• ╶︎(현대 생명공학기술의 정의) 인위적으로 유전자를 재조합하거나 유전자를 구성하는 핵산을 세포 또는 세포 내 소기관으로 직접 주입하는 기술, 분류학에 의한 과(Family)의 범위를 넘는 세포융합기술

• ╶︎유전자변형생물체로 인한 잠재적 위해를 사전예방하기 위하여 국제협약인 ‘바이오안전성의정서(The Cartagena Protocol on Biosafety: CPB)’를 2000년 채택

• ╶︎바이오안전성의정서의 국내 이행을 위하여 「유전자변형생물체의 국가간 이동 등에 관한 법률(이하 유전자변형생물체법)」을 제정하여 2008년부터 시행

• ╶︎바이오안전성의정서의 이행과 유전자변형생물체의 개발, 생산, 수입, 수출, 유통 등에 관한 안전성의 확보를 위하여 필요한 사항을 정함으로써, 유전자변형생물체로 인한 잠재적 위해를 사전에 방지하고 국민 생활의 안전성 향상 및 국제협력 증진을 목적으로 함

2. 주요 동향 및 이슈

2.1 연구실 생물안전 패러다임의 변화

□ 연구실 생물안전이란?

• ○정의: 생물안전이란 생명과학분야 연구 활동과 관련하여 사람과 환경에 대한 안전성을 확보하기 위한 일련의 활동(Safety with respect to the effects of biological research on humans and the environment)[2]

• ○연구실 생물안전(Biosafety) 3요소

• ╶︎(물리적 밀폐) 병원체 등 생물학적 위해물질이 연구자 또는 주변환경으로 노출·유출되는 것을 방지하는 물리적 장벽을 의미하며, 일차 밀폐와 이차 밀폐로 구분

• ╶︎※ (일차 밀폐) 병원체와 연구자 간의 물리적 장벽 형성, 개인보호구, 생물안전작업대 등

• ╶︎※ (이차 밀폐) 병원체와 외부환경 간의 물리적 장벽 형성, 연구시설의 벽체, 공조설비의 헤파필터 등

• ╶︎(운영 체계) 실험실 생물안전방안이 적절하게 운영·관리될 수 있는 제반사항들로 구성

• ╶︎※ 생물안전조직 구성·운영, 병원체 등 위해 물질의 기록 관리, 생물안전 교육, 응급조치·대응 방안 마련 등

• ╶︎(위해성 평가) 생물 연구환경의 위해요소*를 확인·분석하고 위해상황이 발생할 수 있는 가능성과 심각성을 평가하여 생물안전관리 방안을 도출하는 과정

• ╶︎* 생물체(숙주, 공여체 등), 연구방법·장비, 화학물질 등의 위험성, 인적요소(신규 연구자 숙련도, 교육현황 등)

• ○국내 연구시설 생물안전 관리현황

• ╶︎국내에서는 「유전자변형생물체법」, 「감염병예방법」에 따라 국가 주도의 연구시설 안전관리가 이루어지고 있음

• ╶︎특히, 2개 법령은 ‘연구시설 설치·운영 기준’을 통해 연구시설 안전관리 등급에 맞는 물리적·운영적 요건을 고시하고 있으며, 2등급 이상 연구시설을 보유한 기관에서는 기관생물안전위원회를 필두로 위해성평가를 실시하도록 안내

□ WHO 연구실 생물안전매뉴얼 개편 - 연구실 생물안전 패러다임의 전환

• ○WHO 연구실 생물안전매뉴얼(Laboratory Biosafety Manual, LBM) 개편

• ╶︎기존 LBM 제3판(2004∼2021)은 병원체 위험군(Pathogen Risk Group)과 위해성평가를 중심으로 연구실 생물안전등급(Biosafety Level)을 도출하는 안전관리 방식을 제안[3]

• ╶︎※ 병원체 위험군(Risk Group) - 병원성, 감염성, 전파성 등을 토대로 병원체를 1∼4위험군으로 구분, 1위험군은 위험성이 적다고 알려진 병원체 그룹이며, 4위험군은 가장 위험한 병원체 그룹

• ╶︎※ 생물안전등급(Biosafety Level) - 연구시설의 밀폐등급, 1등급 연구시설은 위험성이 적은 병원체를 취급하기에 적합하며, 4등급 연구시설에서는 위험성이 높은 병원체를 취급

• ╶︎하지만, 연구자들이 ‘병원체 위험군 = 연구실 생물안전등급’이라는 공식*을 적용하기 시작하면서 점차 위해성평가가 생략되는 현상 발생

• ╶︎* 2위험군 병원체를 연구할 때, 2등급 연구시설에서 수행하면 된다는 직관적 안전관리방식 적용

• ╶︎위해성평가가 생략된 방식은 각각의 연구현장에 존재하는 다양한 위해요인을 무시하는 결과를 낳아 안전관리 공백을 야기

• ○○ WHO LBM 4판 발간(2021년∼)

• ╶︎제3판에서 나타났던 문제를 해소하기 위해 병원체 위험군의 개념을 삭제하고, 각 연구실의 담당자가 취급 생물체 및 연구현장의 위해성을 직접 평가하여 안전관리 방안(물리적 밀폐수준, 안전관리규정·지침, SOP 등)을 도출·시행하는 위해성기반 접근방식(Risk-Based approach)을 제시[4]

• ╶︎이에 따라 위해성평가를 이행할 수 있는 주체, 즉, 기관 내 전문인력·조직(기관생물안전위원회, 생물안전관리책임자)의 중요성 증대

[표 3] 위해성평가 중심 안전관리

출처: 국가연구안전관리본부

• ○해외 주요국의 기관생물안전위원회 운영현황

• ╶︎(미국) 미국립보건원(NIH) 가이드라인에 따르면 생명과학 연구시설을 운영하는 기관은 기관생물안전위원회 구성·운영 필수, 미국 정부는 법령에 따라 일부 위험성이 높은 생물체(Select Agent 등)만 관리하고, 그 외 연구에 대해서는 기관생물안전위원회가 주도적으로 관리

• ╶︎(호주) 유전자기술규제국(OGTR)이 ‘2001 유전자기술규정’에 따라 유전자변형생물체를 관리 중이나, 면제대상 유전자변형생물체와 기관생물안전위원회에게 관리를 위임한 유전자변형생물체 범주를 명확하게 고시. 따라서 일반적인 연구현장 유전자변형생물체 안전관리는 기관 주도적으로 진행되고 있으며, OGTR은 위험성이 높은 시험연구용 유전자변형생물체 일부를 관리

• ╶︎(일본) 일본은 ‘카르타헤나법’에 따라 유전자변형생물체 연구시설 안전관리를 실시 中. ‘확산방지조치*’가 지정된 유전자변형생물체 연구는 기관생물안전관리위원회가 관리하고, ‘확산방지조치’가 지정되지 않은 생물체 연구는 문부과학성에서 관리[5]

• ╶︎* 국내 「유전자변형생물체법」의 ‘연구시설 설치·운영 기준’과 유사

• ○국내 기관생물안전위원회 운영현황

• ╶︎코로나-19 이후, 국내에서는 벤처기업 중심의 생명과학 연구가 증가하고 있으며, 특히, 2등급 연구시설 이용 빈도가 증가하면서 기관생물안전위원회를 구성하는 기관 비율도 크게 증가하였으나, 운영*비율은 상대적으로 감소한 상황

• ╶︎* (위원회의 역할) 생명과학 실험 위해성평가 심의, 기관내 생물안전관리규정·지침 제·개정 심사 등

• ╶︎국내에서는 법에 따른 국가주도적 생물안전관리가 이루어지고 있는 만큼 기관 생물안전관리 조직·인력의 역량을 강화하고 활성화시킬 수 있는 방안 마련 시급

[표 4] 국내 유전자변형생물체 연구시설 및 기관생물안전위원회 구성·운영 현황

출처: 국가연구안전관리본부[6]

□ 근거기반(Evidence-Based) 생물안전 규제의 필요성 대두

• ○’22년 4월 미국 백악관에서 ‘근거기반(Evidence-Based) 연구실 생물위해 관리 과학·기술 로드맵’ 발표[7]

• ╶︎※ (문서명) Evidence-Based Laboratory Biorisk Management Science & Technology Roadmap

• ╶︎- 본 로드맵은 특히 몇몇 연구실 생물위해 관리 프로토콜이 연구현장의 변화와 발전을 반영하지 못한다는 점, 위해요인의 직접적인 관리보다 단순회피를 유도한다는 점 등을 지적

• ╶︎- 이를 개선하려면 생물위해 관리분야에 대한 과학·기술 연구의 우선순위를 설정·수행하고, 이를 통해 실험실의 생물학적 위해요인을 효과적으로 관리하고 예방할 수 있는 방안을 마련해야 한다고 강조. 이와 동시에 다양한 연구 주제도 함께 발표

[표 5] 로드맵에서 제안하는 생물위해관리 연구주제

출처: Evidence-Based Laboratory Biorisk Management Science & Technology Roadmap

• ╶︎따라서, 국내에서도 생물안전관리 프로토콜이나 규정 등을 검토하고, 객관적 근거가 미비한 사항*은 지속적으로 개선해나갈 수 있도록 과학적 근거를 마련하는 노력 필요

• ╶︎* ① 생물체 종류별 불활성화, 오염제거, 파괴 및 멸균 절차의 개발·시연

• ╶︎* ② 시료 수집, 운송, 폐기물 관리를 포함한 실험실 및 현장 기술에 대한 근거 기반 프로토콜 구축

• ╶︎* ③ 최신 자동화기기를 포함한 오염 모니터링 및 소독검증 기술 등

2.2 합성 생물학과 BIOSAFETY

□ 국제 사회 동향[8, 9]

• ○생물다양성협약 및 바이오안전성의정서 논의

• ╶︎생물다양성협약에서는 2008년 제9차 당사국총회에서부터 합성생물학 이슈가 공식 안건으로 다루어지고 있음

• ╶︎※ 2010년부터 특별기술자문그룹(the Ad Hoc Technical Expert Group; AHTEG)을 구성하여 온라인포럼, 대면회의 등을 통해 논의

• ╶︎2017년 AHTEG 논의를 통해 합성생물학 실무적 정의(operational definition)*를 제시하였으나, 그 이후 논의 과정에서 합의된 정의에는 이르지 못하고 있음

• ╶︎* 유전물질, 생물체 및 생물학적 시스템의 이해, 설계, 재설계, 제조 그리고/또는 변형을 용이하게 하고 가속하기 위한 과학, 기술 그리고 공학을 결합하는 현대 생명공학기술의 추가적 개발이면서 새로운 차원

• ╶︎생물다양성협약 논의에서는 합성생물학 기술을 적용해 이미 개발되었거나 현재 연구개발 중인 생물체 대부분을 바이오안전성의정서에 따른 유전자변형생물체 범위에 해당한다고 판단하고 있음

• ╶︎2022년 개최된 제15차 당사국총회에서는 개방형 온라인포럼 및 다학제 특별전문그룹(MTEG) 등을 통하여 조기이슈탐색(horizon scanning) 등 합성생물학 안전관리 논의를 지속하고, 바이오안전성의정서에 따른 위해성평가 의제에서도 계속 검토 계획

• ○다양한 국제기구의 논의 동향

• ╶︎경제협력개발기구(OECD)는 ‘생명공학 규제, 감시, 조화에 관한 실무작업반’, ‘유전자변형식품 및 사료의 안전성에 관한 특별작업반’, ‘생명공학기술 관련 작업반’ 등을 통해 생명공학기술 논의를 진행하고 있으며, 2010년 이후 합성생물학과 관련한 다양한 보고서를 발간하여 합성생물학의 개념과 지적재산권 등 관련 정책 이슈를 다루고 있음

• ╶︎식량농업기구(FAO)는 ‘식량 및 농업용 식물 유전자원에 관한 국제협약(ITPGRFA)’에서 보고서를 의뢰하여 합성생물학과 디지털 서열 정보(DSI)가 식물조약에 미치는 영향을 조사한 바 있음(2017)

• ╶︎국제자연보전연맹(IUCN)은 합성생물학이 생물다양성 보전에 미치는 역할 및 미래에 대해 논의하였으며(2015년), ‘생물다양성 보전과 합성생물학에 대한 IUCN 정책개발’이라는 결의안을 발표하였고(2016년), 합성생물학이 생물다양성에 미치는 영향을 검토한 보고서를 발표하였음(2019년)

• ╶︎무역관련 지적재산권에 대한 협정(TRIPS)은 합성생물학의 지적재산권 문제를 다루고 있는데, TRIPS에 따르면 합성생물학 분야의 혁신적인 제품 및 프로세스가 일반 특허성 기준에 부합한다면 세계무역기구(WTO) 회원국 국내법에 따른 특허 부여 가능

• ╶︎이외에도 세계지적재산권기구(WIPO)는 합성생물학의 지적재산권 이슈에 대해, 유엔무역개발회의(UNCTAD)는 합성생물학이 바이오무역 및 접근·이익공유에 미치는 영향에 대해, 세계보건기구(WHO)는 합성생물학 기술의 이중사용(dual-use)이 공중보건에 미치는 영향에 대해 다루고 있음

□ 주요국 동향

• ○영국은 ‘2016 Synthetic Biology Strategic Plan’을 발표하고, 공공 이익을 최대화하고 위험은 최소화하기 위해 책임 있는 연구와 혁신, 비례적이고 적절한 규제를 강조하였음

• ╶︎상업화를 촉진하기 위한 지원으로 국가수준의 기술 표준을 개발할 것을 제안하였으며, 이러한 표준들은 규제담당자에게도 도움이 될 것이며 합성생물학의 적절한 규제와 거버넌스 시스템에 대한 국제적 논의에도 기여할 것이라고 밝힘

• ○미국 과학·공학·의학한림원(NASEM)은 2017년 보고서 ‘Future Products of Biotechnology’를 발간하고 합성생물학 기술의 변화에 민첩하게 적응하고, 적절히 대응하는 규제 시스템이 필요하다고 강조하였음

• ╶︎이 보고서에서 NASEM은 ‘생명공학 제품들의 스케일, 범주, 복잡성, 그리고 속도가 향후 5~10년 동안 증가할 것이며, 많은 제품들이 기존 생명공학 제품과 비슷하지만 새로운 공정을 통해 만들어질 수 있으며, 일부 제품들은 오늘날 존재하는 제품들과 완전히 다를 것이다’라고 설명하고 있음

• ○호주 ‘Gene Technology and Community Consultative Committee’는 합성생물학이 지금은 새로운 기술적, 윤리적 이슈를 제기하지 않으며, 기존 입법 제도 범주 내에서 관리할 수 있다고 밝힘

• ╶︎2018년 호주 과학 커뮤니티는 조기이슈탐색(horizon scanning)을 수행하였으며, 그 결과를 바탕으로 지금은 효과적인 기존 규제 프레임워크가 유지될 필요가 있으며, 향후 기술 발전 시기에 맞춰 위험에 비례하고 적절한 대응을 할 수 있는 규제를 마련해야 한다고 제안

• ○독일 ‘Central Committee on Biological Safety’는 2018년에 합성생물학 기술 접근 결과가 대부분 유전자변형생물체이며, 따라서 기존 국내 규제 프레임워크와 유럽연합지침, 바이오안전성의정서에 따라 평가할 수 있다고 판단한 바 있음

• ╶︎위원회는 생물체에 합성 유전자, 유전자회로, 대사경로, 또는 전체 유전체를 삽입하는 것은 기존 규제 프레임워크에서 정의하고 있는 유전자변형생물체에 해당한다고 평가하였으며, 최소 세포를 제작하기 위해 유전체를 환원하거나 bio-orthogonal 시스템을 제작하기 위해 제노 핵산을 사용하는 경우도 유전자변형생물체에 포함된다는 결론을 내림

□ 국내 동향

• ○과학기술정보통신부는 2022년에는 합성생물학을 대상으로 기술영향평가를 수행하고 그 결과를 발표함(2022년 12월)[10]

• ╶︎기술영향평가는 새로운 과학기술의 발전이 경제, 사회, 문화, 윤리, 환경 등에 미치는 영향을 사전에 평가, 긍정적 영향을 극대화하고 부정적 영향은 최소화하기 위한 정책적 고려 사항 도출 등을 위해 과학기술정보통신부에서 한국과학기술기획평가원에 의뢰하여 매년 수행

• ╶︎평가결과 ①산업경쟁력 강화(연구역량강화, 합성생물학 비전 수립, 공용 바이오파운드리 신설, 기술독점 대비), ②사회적 수용성 제고(커뮤니케이션 전략 마련, 바이오 안보 연구자 육성, 초국가적 협력, 바이오안보 거버넌스 구축), ③바람직한 변화 유도(문화적 함의 연구, 정밀의료 시대 대비), ④사용자 특성 반영(맞춤형 홍보 방안 마련, 성별특성 반영 지원), ⑤윤리적 논란 최소화(인체유래물 활용 논의기구 마련, 사전주의원칙 적용, 윤리교육 확대), ⑥관련 규제 및 법‧제도 정비(진흥 법률제정, 합성생물학 개념의 법적 정의 명확성 확보, 국제표준 적극 참여) 등을 정책 제언함

• ╶︎특히, ‘유전자변형생물체의 국가간 이동 등에 관한 법률’(유전자변형생물체법)과 관련하여 합성생물학을 적용한 생물체를 유전자변형생물체 범주에 포함시킬지 여부(정의)와 적용 범위 등에 대해 명확히 규정할 필요가 있음을 제언

• ○유전자변형생물체법은 산업통상자원부를 비롯한 7개 관계부처에서 관련 생명공학기술의 발전과 변화, 글로벌 규제 동향, 국민과 기업의 안전관리 수요 등에 맞추어 지속적으로 규제 개선을 추진하고 있음

• ╶︎유전자가위기술의 발전에 맞추어 외래 유전자가 삽입되지 않거나 남아있지 않아 전통적인 육종과 자연돌연변이 수준의 안전성을 확보한 경우 위해성심사 및 승인 절차를 면제하여 주는 유전자변형생물체법 개정안이 2022년 7월 정부입법으로 제안되어 2023년 9월 현재 국회 계류, 논의 중

• ╶︎합성생물학 등 바이오신기술 관련하여서도 적절한 규제 개선을 추진하기 위해 생물다양성협약, 바이오안전성의정서 등 국제 논의, 미국, 영국, 독일 등 주요국 규제 개선 추진 현황 등을 모니터링하면서 지속적인 연구조사를 수행하고 있음

2.3 위해성 심사를 위한 NGS 분석방법 도입

□ 유전자변형생물체 위해성심사 자료

• ╶︎유전자변형생물체 위해성심사 자료는 숙주 및 유전자변형미생물에 관한 자료 등 약 17개 항목으로 구성되어 있으며, 유전분석 자료 및 인체·환경위해성평가 자료를 필요로 함

• ╶︎유전자변형생물체 위해성평가에서 염색체 수준에서의 유전분석(molecular characterization) 자료 제출이 요구됨

• ╶︎삽입위치(integrated location), 염기서열(DNA sequence), 도입 유전자의 수, 삽입 주변 부분의 염기서열, 도입벡터의 유전체 삽입여부 등에 대한 유전분석 자료 작성이 필요함

• ╶︎평가방법은 전통적인 Sanger sequencing과 Southern blotting, Real-time PCR 등의 PCR-기반 검출분석 방법이 사용되고 있으며, 차세대염기서열분석방법(Next-Generation Sequencing; NGS)의 도입이 논의되고 있음

• ╶︎유전자변형미생물의 경우, 기존의 Plasmid를 통해 유전자를 도입하는 형태에서 숙주의 유전체에 삽입하는 형태로, 항생제내성유전자를 포함하는 경우에서 항생제내성유전자를 포함하고 있지 않은 형태로, 다양한 유형의 유전자변형생물체가 제작되고 있으나, 현재 위해성평가는 Plasmid의 형태에 대한 평가를 위주로 진행되고 있음

• ╶︎다변화하는 유전자변형미생물의 유형에 대응하고 정확한 유전분석자료작성을 위하여 근래에 고도화가 이루어진 NGS을 이용한 전장 유전체 시퀀싱(Whole Genome Sequencing; WGS)의 도입이 개발자 및 심의위원을 중심으로 제기됨

□ 국내 위해성 심사 평가방법 동향

• ○Southern blotting 및 Sanger Sequencing

• ╶︎도입유전자의 도입위치 및 염기서열 확인, 세대 간 안전성 및 온전성 확인을 위하여 Southern blotting 자료 제출이 필요

• ╶︎식품의약품안전처(식품용 및 의료기기용 LMO)와 산업통상자원부(산업용 LMO)에서는 NGS 자료 제출을 허용함

□ 국외 위해성 심사 평가방법 동향

• ○Southern blotting 및 NGS 병용

• ╶︎미국, 캐나다, EU, 호주, 일본, 대만 등의 경우, NGS 자료의 제출 허용하고 있으며, Southern blotting 자료의 제출도 가능

• ╶︎(캐나다) 캐나다 식품 검사국(Canadian Food Inspection Agency; CFIA)에서 2019년에 작성된 가이드라인[11]을 제공하고 있으며, 분석과정에 대한 설명, FASTQC report, 사용된 software에 대한 설명과 참고문헌, 분석 pipeline의 목적과 매개변수 등의 자료제출 필요

• ╶︎(EU) European Commission의 요청에 따라 EFSA(European Food Safety Authority)에 의하여 작성하였으며[12], 가이드라인에서는 DNA 추출방법, 라이브러리 제작 방법, 시퀀싱 방법, de novo assembly와 annotation 방법 등 재료 준비 및 분석 방법에 대한 상세한 설명을 요구하고 있음. 또한 분석에 의하여 도출된 결과물에 대한 유전적 변형과 잠재적 위험에 대하여 기술하는 것을 요구하고 있음. 그 밖에 raw data와 조립 후의 결과물을 FASTQ와 FASTA 형식으로 제출해야하만 하며, annotation 결과물과 alignment 결과물 또한 제출해야만 함(표 6)

• ╶︎EFSA 가이드라인의 경우, Illumina의 short read sequencing을 기준으로 하여 작성되었으므로, 근래에 보편적으로 사용되고 있는 long read sequencing(PacBio Revio, Oxford Nanopore 등)에 대한 고려 및 기준 조정이 필요하다고 보여짐

[표 6] EFSA WGS 자료 제출을 위하여 필요한 정보 및 자료 목록

출처 : EFSA statement on the requirements for whole genome sequence analysis of microorganisms intentionally used in the food chain[12]

2.4 바이오공정에서의 안전성 관리 및 운영

□ 바이오공정에서의 안전관리의 필요성

• ○바이오공정*은 원하는 제품을 제조하기 위해서 미생물과 화학물질이 모두 사용되는 독특한 특성으로 인하여 바이오공정의 위험요인은 일차적으로 생물물질 또는 화학물질이 될 수 있으며 또 다른 요인으로는 장비, 장치 등의 구조물이 될 수 있음

• ╶︎* 바이오공정(Bioprocess)은 제품을 만들거나 화학적으로 변환하기 위하여 미생물, 배양세포 또는 효소를 사용하는 작업 과정

• ╶︎1950년대 이후 불완전한 바이러스(virus) 불활성화, 내인성, 외래성 바이러스 오염, 화학적 위해물질 유출, 화재, 폭발 등의 다양한 사고로 인한 인명 피해 및 환경 오염 등이 유발됨. 따라서, 바이오공정에서 물리적 조작과 유지 관리 임무 및 행정적 관행, 절차에 있어서의 명확한 지시는 체계적인 안전성 관리를 통한 재현 가능한 품질 보증 및 제어에 매우 중요함

• ╶︎본 장에서는 바이오공정에서 발생할 수 있는 생물학적 또는 화학적 위험 물질 유출, 화재 및 폭발 등의 위해 요인의 식별 및 평가, 이에 대한 안전관리에 대해 논의하며 위험요인들을 줄일 수 있는 공정 설계 및 안전성 관리를 위한 관행, 절차 등을 논의하고자 함

□ 바이오공정 산업에서의 사고 분석

• ○바이오공정 시설과 관련된 위험을 평가하려면 이러한 시설에서 발생한 사건의 결과를 연구하는 것이 중요하기 때문에 2018년 텍사스 A&M 대학교는 미국 노동통계국의 통계를 이용하여 2011~16년까지의 미국 바이오공정 산업 사망자 데이터를 분석하였음

• ╶︎분석 결과 총 42건의 사망 사고가 생물공정 시설에서 발생하였으며 이 중, 화재, 폭발, 먼지 폭발 및 생물학적 활성 물질 및 유해 화학물질의 누출과 관련하여 총 7건의 사망이 발생하여 이는 생물공정 산업 전체 사망의 가장 큰 부분(~17%)을 차지함 (표 7)

• ╶︎화재, 폭발 등의 장비, 장치 요인 사고에서 2명의 사망자가 발생한 반면에 위해물질의 누출에 의한 사망자는 5명으로 더 심각한 결과를 초래한 것을 확인할 수 있음

[표 7] 2011년부터 2016년까지 미국 바이오공정 산업 사망자 데이터 분석

Note: ‘-’ represents 0 fatalities, the number prior to ‘|’ indicates fatalities resulting from fire and explosion (including dust explosion) and the number post ‘|’ indicates fatalities resulting from poisoning, toxic, noxious, or allergenic effects (including biologically active substances and toxic chemicals).

출처: Towards an Inherently Safer Bioprocessing Industry. SYMPOSIUM SERIES NO 163 (2018)[13]

□ 바이오공정 위해물질 안전관리

• ○위해물질 관리 체계 개발

• ╶︎바이오공정 위해물질(생물학적, 화학적)의 관리는 관리시스템부터 시작되며 설계, 운영, 유지, 관리에 이르기까지 모든 공정 단계에서 안전에 적절한 우선순위 부여가 필요

• ╶︎안전과 다른 목표, 가령 생산 수요, 예산 등과의 이해충돌 시 우선순위에 의한 뚜렷한 의사결정이 안전확보와 효율성, 제품 품질을 보증할 수 있음

• ○위해정보 수집 및 위해물질의 식별

• ╶︎위해물질의 정확한 식별은 작업과정에서 어떻게 사용되는지를 이해하고, 이를 통해 안전성을 관리하는 데 매우 중요하며 이를 위해서는 적절한 도구*와 절차가 필요함

• ╶︎* 위해물질의 식별에 필요한 도구로는 MSDS(물질안전보건자료), 문헌조사, 개발보고서, 실험실데이터 등이 있음

• ○위해요소 평가 및 위해성 수준의 배정

• ╶︎위해성 평가과 위해성 수준 배정은 바이오공정 안전성을 유지하고 개선하는 데 필수적인 단계로 이를 통해 안전한 바이오공정 운영을 지원하고 위험을 최소화할 수 있음

• ○바이오공정 안전성 위험요소 및 관리 결정의 문서화 [16]

• ╶︎안전성 위해물질의 관리에서 정보와 지식의 수집 및 구축이 핵심이지만 정보 수집만으로는 충분하지 않으며, 효과적인 위해물질 관리를 위해서는 행정절차와 제어수준을 명확하게 문서화 해야 함. 문서화된 절차와 제어는 비정상적인 상황에 대응 시 매우 유용함

• ○위해성 관리 관행 및 프로그램의 검토·감사·변경·개선

• ╶︎안전성 위해물질 관리는 시설 수명기간 내내 지속적으로 해야 하며 관리 체계 외에도 다양한 제어 방법 및 운용 조건 또한 유지 관리해야 하며 지속적인 개선이 필요함

• ╶︎* 위해물질 프로그램의 유지 관리, 개선을 위한 방안으로는 능동적인 모니터링, 전담 인력 투입, 프로그램과 절차의 정기적 점검, 다양한 유형의 감사 또는 자체 평가 등이 있음

□ 공정 시설 안전성을 위한 설계

• ○마감재 및 재료

• ╶︎건축마감재 및 재료는 조립식 인테리어부터 모듈식 패널 조립식에 따라 다양할 수 있으나 표면은 매끄럽고, 청소가 편리하며, 내흡수성에 내화학성이 요구되며 바이오공정의 특성상 항균성, 곰팡이/세균의 성장 및 먼지/입자의 축적 방지가 필요함

• ○장비 배치 전략

• ╶︎안전한 제조 시설을 위한 배치 전략은 공학적으로 통합된 설계 방법론에 근거해야 함. 모든 장비는 물리적 치수를 가지고 있으며, 조작 및 유지보수를 위한 공간뿐만 아니라 기계와 배관, 전기 유틸리티의 연결을 고려해야 함

• ╶︎특히, 바이오 공정 시설에서는 모든 작업 단계에서 오염 가능성을 제거하기 위한 배치 전략을 수립해야 하며 오염 방지를 위한 두 가지 전략은 다음과 같음.

• ╶︎① 기계적 공간에 고정된 연결 장치 및 밸브, 불활성시스템을 통한 위해물질 폐기물 이송 시 용접배관에서의 오염 방지 규정

• ╶︎② 폐기물이 발생하는 모든 구역에 생물학적 폐기물 처리 시스템 설치

• ○비생물학적 위험

• ╶︎바이오공정 시설에서는 발생할 수 있는 비생물학적 위험요인으로 화학적 위험, 기계적 위험과 환경적인 위험이 있으며 이러한 위험요인으로 인해 가스 누출, 화재, 폭발 등의 사고가 발생함

• ╶︎살균 시 증류수시스템(WFI)에 의한 증기 노출, 대량의 세정(CIP)시 화학 처리 등과 같은 유형의 작업에서 사고가 발생할 수 있기 때문에 공정 작업 공간에 위험 물질을 운반하는 포트를 배치하고 접근성을 용이하도록 이송 패널의 설치가 중요함. 또한, 소독에 사용되는 기화 과산화수소(VHP)를 사용할 시 열과 습도를 허용 범위 내로 제어해야 함

• ○환기, 공조(HVAC) 시스템

• ╶︎바이오공정 시설은 환기 및 공조(HVAC)에 대한 특별한 고려가 필요하기 때문에 생물안전 규모와 수준에 따라 급기 뿐만 아니라 배출되는 공기에도 여과가 필요함

• ╶︎방향성 기류는 생산구역과 인근구역 사이에 공기 장벽을 형성하며, 이러한 접근은 BL1-LS 수준에는 충분하지만 병원균과 같은 미생물 작업에는 추가적인 격리*가 필요함

• ╶︎* 외피시스템: 내부 생산 구역은 양압으로 유지 관리되며, 시설에서 나오는 물질, 제품의 이동을 방지하기 위한 음압 통로로 완전히 둘러 쌓여 있음

• ○폐기물 처리 시스템

• ╶︎바이오공정에서 발생하는 유해 폐기물은 배출하기 전에 생물학적 활성 및 유해 화학물질을 제거하고 폐수로부터 분리해야 함. BL1-LS부터 BL3-LS에 이르는 재조합 생명체와 폐기물을 배출할 때는 반드시 오염물 제거가 필요하며, 감염성 유기물을 포함한 폐기물 역시 동일 절차를 따라야 함

• ╶︎불활화 공정은 적절한 수준의 검증이 필요하며, 불활화는 유기체 자체 또는, 동등 이상의 저항성이 있는 유기체를 사용하거나 규제 기관에서 승인한 지표 유기체를 사용하여 검증을 진행해야 함

3. 결론 및 시사점

□ 정부주도 생물안전관리에서 기관주도 생물안전관리로 전환하기 위한 준비 필요

• ○WHO가 제안하는 위해성 기반 생물안전관리가 국내에 정착되려면 연구기관 내 생물안전관리 조직의 역량과 전문성을 육성하는 것이 중요할 것으로 판단됨

• ╶︎이를 위해 정부는 생물안전 전문인력 육성·관리 프로그램이나 다양한 조직구축 지원 프로그램을 마련·운영해야 할 필요가 있음

• ○또한 연구기관에서도 생물의 위해성에 대한 경각심을 가지고 자율적인 생물안전관리 체계를 정착시키기 위한 노력이 필요할 것으로 보임

• ○마지막으로 각 기관별 생물안전관리 역량을 모을 수 있는 생물안전 자문기구나 네트워크 활성화가 필요할 것으로 판단되며, 향후 이를 더욱 발전시켜 나간다면 정부-민간이 함께 주도하는 생물안전 거버넌스 형태의 유기적 안전관리가 실현될 수 있을 것으로 기대함

□ 과학적 근거에 따라 국내 생물안전관리 절차·방법 등 마련·보완 필요

• ○백악관 발표의 핵심 취지는 미국내 미비한 생물위해관리 프로토콜을 발굴·보완, 그리고 이를 위해 지속적인 근거확보가 필요하다는 의미로 해석 가능

• ╶︎국내에서도 현행 법규 및 여러 생물위해관리 지침들을 재검토하는 작업이 필요할 것으로 판단되며, 이를 계기로 적어도 관행적으로 실시해오던 위해관리 절차·방법 등을 발굴·개선해나가는 노력 필요

• ○또한 과학적 근거에 입각한 생물위해 관리 프로토콜을 보완하려면, 생물안전, 안전공학 분야 등 다양한 분야의 연구가 활성화 되어야 할 것으로 판단됨

• ╶︎특히, 생물체나 시설중심의 위해관리 연구에서 한 걸음 더 나아가 연구자의 상태나 역량을 파악하고 인적오류를 최소화시킬 수 있는 연구, 생물안전 문화가 더욱 기관내 정착될 수 있도록 방안을 수립하는 연구들도 필요할 것으로 판단됨

□ 합성생물학과 관련한 국제현황 모니터링 및 국내 관련 규제개선 필요

• ○합성생물학 관련 바이오안전성 확보를 위해 국제적 논의에 적극 참여하면서 진행상황을 면밀히 모니터링할 필요가 있으며, 국내 합성생물학 관련 연구개발 및 산업 육성과 규제 개선의 조화를 통해 국민 신뢰확보와 바이오산업의 건전한 발전을 추진해야 함

• ○국제기구 중에서는 유전자변형생물체와 합성생물학 안전관리를 생물다양성협약 및 바이오안전성의정서에서 주로 논의하고 있어, 이에 대한 적극적 대응이 중요함

• ╶︎합성생물학 이슈 논의에 있어 다학제특별전문가그룹(MTEG)*이 구성되어 있는데 대한민국 대표로 참여 중인 생명(연) 합성생물학전문연구소(성봉현 박사)를 중심으로 대응 필요

• ╶︎* 당사국 대표 20명(대륙별 4명), 비당사국 및 국제기구 15명 등 총 35명으로 구성

• ╶︎한국바이오안전성정보센터(바이오안전성의정서 이행 국가책임기관인 산업부 지정‧운영) 등 전문조직을 활용하여 생물다양성협약, 바이오안전성의정서 및 다른 국제기구의 논의 동향을 면밀히 검토, 분석하고 국내 정책 수립과 법·제도 개선에 활용할 필요

• ○우리나라 정부는 신성장 4.0 전략, 국가 12대전략기술, 바이오경제 2.0 등 다양한 정책에 합성생물학을 포함시키고 있으며, 공용바이오파운드리 구축 예타 추진 등 합성생물학 관련 연구개발과 산업화에 박차를 가하고 있어 이를 뒷받침할 수 있는 국민적 신뢰와 사회적 수용성을 얻기 위해서는 바이오안전성 확보가 중요함

• ╶︎국제적 논의 및 주요국 규제 개선 현황 등 글로벌 동향을 면밀히 검토하면서 국민과 기업이 요구하는 안전관리 수준에 맞도록 유전자변형생물체법 등 관련 규제 개선, 사회적 수용성 확보 등을 위한 연구조사를 정부와 공공 부문이 나서서 지속적으로 수행할 필요가 있음

□ 차세대염기서열분석방법의 위해성평가도입

• ○차세대염기서열 분석방법이 여러 국가에서 도입되고 있는만큼 국내 도입이 필요함

• ╶︎EU, 미국, 일본 등 많은 국가에서 NGS 자료를 위해성평가에 도입하였으며, Southern blotting 등의 기존의 방법으로 작성된 자료도 평가에 이용됨

• ╶︎우리나라의 경우, 식품의약품안전처를 제외하고 Southern blotting으로 작성된 자료의 제출을 요구하고 있으며, NGS자료를 이용한 위해성평가자료의 대한 논의가 진행되고 있음

• ╶︎차세대염기서열분석은 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있고, 다수의 논문이 발표되었으며, 이를 통해 정밀한 유전분석정보확보가 가능하다는 것이 판명되었으므로, 많은 시간, 노동력, 그리고 비용이 필요한 Southern blotting 등의 방법을 대체하고 규제 간소화를 위하여 차세대염기서열분석방법의 위해성평가에의 도입이 필요하며, 이를 위하여 과학적 근거에 기반한 기준의 설정이 필요함

□ 바이오공정 위험관리에 대한 신기술의 영향

• ○생명공학기술의 발달은 바이오공정의 안전성을 개선할 것으로 전망되고 있음

• ╶︎생물학적 시스템의 탐색과 유전체학 및 생체분자 설계와 같은 새로운 방법론의 개발은 산업적 바이오공정의 확장을 위한 새로운 기술과 기회로 이어짐. 동시에 이러한 신기술들은 기존의 안정성을 개선하는 역할을 해줄 것으로 기대됨

• ╶︎생물약제 분야에서의 신약의 개발 및 개인 유전체 기반의 치료법은 더 강력하고 안전한 약물을 환자에게 제공할 수 있게 되며 환경 분야에서의 생물정화기술의 발달은 환경 피해를 교정할 수 있는 보다 안전한 바이오공정을 설계할 수 있음

□ 향후 안정성 관리에서 주목할 점

• ○바이오공정 프로세스의 종합적인 분석을 분석을 통해 부작용을 최소화하는 안전성 관리가 필요함

• ╶︎본 보고서에서는 바이오공정 산업이 생물학적 또는 화학적 위해 물질 및 공정 시설에서의 화재 또는 폭발 등의 위험에 노출될 수 있다는 점을 제시하고 동시에 위해물질의 안전한 관리에 대한 효율적인 체계 개발 및 안전한 바이오공장 설계 원칙을 적용함으로써 이러한 위험을 감소시키고 안전성을 확보할 수 있음을 확인하였음

• ╶︎하지만, 지속 가능하며 효율적인 안전성 관리 및 운영을 위해서는 앞서 제시한 안전한 설계 원칙의 적용만으로는 한계가 있을 수 있으며, 이는 안정성을 위한 권장 사항들이 전체 프로세스의 경제성을 보장하지는 않기 때문임. 따라서 경제성, 환경 위해성, 안전성 등 모두를 종합적으로 분석하여 제시된 권장 사항을 뒷받침 함으로써 그 효과성을 입증하고 부작용을 최소화할 필요가 있음

...................(계속)

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