칭다오 5일간 1000만명 검사, ‘중국 속도’는 어떻게 가능한가?

영국 텔레그래프(The Telegraph)는 10월에 <중국 칭다오 감염자 6명 발견, 5일간 도시 전체 900만 명에 검사>란 제목의 뉴스를 보도했다.

세계를 놀라게 한 중국의 검사

최근 영국 리버풀은 대규모 코로나19 검사를 마쳤다. 이는 영국에서 실시한 첫 번째 도시 대규모 검사로 2주간 약 20만 명을 검사해 약 2000명이 양성, 600명이 무증상 감염자로 밝혀졌다.

언론은 가장 먼저 대규모 검사를 실시한 나라 중 하나로 ‘중국 속도’가 매우 빠르다는 사실에 주목했다. 5월 우한(武漢)은 18일간 약 990만 명을 검사해 하루 검사 수가 많으면 100만 명에 달했는데, 하루 검사량이 리버풀 2주간 검사량의 5배에 해당한다.

10월 칭다오(靑島)는 5일 동안 도시 전체 1000여 만 명을 대상으로 검사를 실시했다. 따라서 칭다오는 세계 기록을 수립한 동시에 해외 언론을 놀라게 했다.

중국의 검사 속도는 왜 이렇게 빠른가? 그 진짜 비밀은 ‘혼합채취 검사’에 있다.

우한에서 처음 ‘혼합채취 검사’를 도입했는데 간단하게 말하면 샘플을 체계화해 검사하는 것이다. 만약 모 샘플 체계의 결과가 양성이면 이 체계의 모든 사람은 즉각 격리 조치하고, ‘단일채취 검사’를 일일이 실시해 해당 체계 바이러스의 ‘근원’을 찾아낸다.

3개 샘플 혼합 검사

당시 우한은 5개 샘플 이내를 한 체계로 구성해 검사했고, 칭다오의 경우는 10개 샘플을 한 체계로 구성해 속도는 더욱 빨라졌다.

코로나19 감염 속도는 매우 빠른 데다 검사는 바이러스와 달리기를 해야 하는 속도전이다. ‘체계별 검사’는 빠른데다 비용도 절감되어 중국, 인도, 독일 및 미국에도 이미 도입되었다. 중국의 시행력이 놀라운 데다 일부 추가적 요인(아래 보기)으로 그 효과는 유독 놀랍다.

체계별 검사의 과학적 하이라이트

‘체계별 검사’는 머리를 써야 하는데 수학 분야 혁신이 끊임없이 일어난다. 세계적인 과학 학술지 ‘네이처’(Nature)는 앞서 4가지 방법을 소개한 적이 있다. 

방법1: 중국의 ‘10합1’ ‘5합1’과 매우 유사하며, 가장 직접적이고 손쉬운 방법이다.

[사진 출처: ‘네이처’지]

이 방법은 최초 하버드 대학 로버드 돌프만(Robert Dorfman) 경제학자가 20세기 40년대에 제기한 것으로, 당시 2차 대전 군인 중 적지 않은 매독 환자에게 실시되었다. 후에 무증상자 중 얼마나 클라미디아나 임질 바이러스를 가지고 있는지를 검사하는데 사용되었다. 적십자회도 이러한 방법으로 헌혈자 중 B형 간염이나 에이즈 등 여부를 검사한다. 

방법2: ‘방법1’과 매우 유사하고 ‘비중복 체계화’ 하며, 체계화 이후 다시 체계화하는 것이 다르다.

[사진 출처: ‘네이처’지]

이러한 방안의 이점은 횟수를 줄인다 ‘방법1’은 총 (3+9=12)회, ‘방법2’는 (3+3+3=9) 9회만 실시한다. 

하지만 단점은 순번 횟수가 매우 많다.

만약 매번 검사 결과 때마다 긴 시간을 기다려야 한다면 시간이 지체된다. 사람을 불러 3번 검사를 실시하는 것도 쉽지 않다.

이들 2가지 방법은 모두 ‘비중복 체계화’하는 것이고, ‘방법3’부터는 적절한 ‘중복 체계화’를 시작하는데, 동일한 샘플을 다른 체계로 나누고 체계 간에 중복되는 부분이 있다. 

방법3: 차원 업그레이드

9개 샘플을 ‘열’에 따른 체계별로 검사 3번, ‘행’에 따른 체계별로 검사 3번(2번째 화살 보기)을 실시하고, 만약 ‘행’ 혹은 ‘열’에서 양성이 있으면 이 두 체계 중 모 샘플이 양성이라는 판단을 내릴 수 있다(홍색).

[사진 출처: ‘네이처’지]

2차원에서 다차원으로 업그레이드 가능하며 효능이 더욱 확실해진다. 이러한 방식을 실제로 적용할 경우 복잡할 수 있는데, 특히 한 체계에 양성 사례가 한 건 이상이면 계산법으로 어느 것이 양성 샘플인지 도출해야 한다. 우간다 과학자들이 이러한 전략을 모색 중이다.

방법4: 한 번에 성공

앞선 방법은 몇 단계로 나누어지고, 두 번째 검사의 경우 반드시 첫 번째 결과를 기다리고 세 번째는 또 두 번째 결과를 기다려야 한다. 단계가 많아질수록 기다리는 시간도 길어진다. 바이러스보다 빠르기 위해 과학자들은 단계를 최소한으로 줄일 수 있는지 여부를 현재 연구 중이다.

인도공과대학(Indian Institute of Technology, IIT)의 컴퓨터 과학자들은 수학의 Kirkman triples로 ‘한 번에 성공’을 완수했다. 아래 도표는 만약 9명을 검사할 경우에 6차례 검사로 유일한 양성을 찾아낼 수 있는 예다.

[사진 출처: ‘네이처’지]

하지만 이 방법은 ‘방법3’과 마찬가지로 데이터량이 방대하면 체계화와 식별에서 사람의 계산능력을 초과한다. 일선의 검사 요원들이 이 방법을 사용한다면 힘들어 쓰러질 것이다.

그래서 ‘계산’ 은 컴퓨터에게 맡겨야 한다. 적합한 계산법을 적용하고 적합한 절차를 개발하면 ‘방법4’의 위력은 폭발적인 지수급 성장을 보일 것이다. 현재 인도 과학자들은 이미 48번에 불과한 검사를 실시하고 있는데, 320개 샘플에서 성공적으로 5개 양성을 식별해낼 수 있다.

수학적 영감 외에도 체계화 검사는 인공지능 분야 과학자들의 관심을 끌었다. 의학계도 얼마나 많은 샘플을 하나의 체계로 묶는 것이 최소한인지, 또 바이러스가 과도하게 희석되는 것과 양성을 도출하지 못하는 것을 막을 수 있는지를 연구 중이다.

그래서 몇 개 샘플을 한 체계로 구성하는 것이 적합하느냐, 이는 또한 머리를 굴린다고 가능한 일이 아니라 과학적으로 접근해야 한다.

중국의 방법, 즉 ‘방법1’은 가장 간단하고 손쉬운, 특히 즉각 결단을 하는 ‘속도전’에 적합하다. 하지만 역치와 극한을 돌파하는 것은 과학에 의지할 수밖에 없다. 그리고 과학은 시간을 필요로 하고 단기간에 실행에 옮길 수 없다. 하지만 장기전이고 차원 업그레이드의 순간이 아직 오지는 않았지만 자만할 수 없다. 

중국의 놀라운 또 다른 요인

7월 미국 과학 연구진들이 ‘대화’라는 사이트에 올린 글에서 ‘체계화 검사’의 한계성을 놓고 논의를 펼쳤다.

글에서 만약 로스앤젤레스라는 도시의 9%가 양성 결과가 나오면 ‘체계화 검사’는 50%의 비용과 시간만 줄일 수 있다. 하지만 만약 불과 0.1% 감염자가 발생한 몬태나주의 경우는 거의 90%에 가까운 검사 비용을 줄일 수 있다. 

원리는 간단한데, 감염자가 많고 또 첫 번째 체계별 검사에서 양성이 많이 나타날 수 록 더 많은 사람들이 두 번째 검사를 필요로 한다. 그렇다면 체계화 검사의 이점은 어디에 있나?

‘대화’ 사이트에서 체계화 검사 논의

영국 리버풀 지역은 2주간 불과 20만 명을 검사했는데, 리버풀 대학 감염병학 전문가 칼룸 교수는 다음과 같이 설명했다. 체계화 검사가 리버풀에 적합한지에 대해 다년간 해당 분야를 연구하면서 체계화 검사의 경우는 감염률이 낮은 지역에 적합하며, 중간 단계의 비용, 시간 및 정력을 줄일 수 있지만, 감염이 심각한 구역의 경우 1%, 2%, 3% 혹은 4%에 도달했다면 이러한 검사의 이점은 줄어든다. 왜냐하면 너무 많은 양성 사례가 도출되기 때문이고 아울러 이러한 검사의 시행력과도 연관된다. 현재 리버풀은 이러한 집단검사를 실시하지 않고 개별검사를 실시한다.

따라서 중국의 ‘체계화 검사’ 방법을 그대로 적용할 필요는 없다. 혹은 적용해도 중국과 같은 놀라운 효과를 얻을 수 있는 것도 아닌데, 지역마다의 특성이 다르기 때문이다.

중국 방역은 과감하다. 지역 감염자가 몇 명 나타나면 해당 도시 전체를 대상으로 검사를 실시한다. 첫 번째 체계 결과가 음성이면 매우 빠르게 진행해 매우 신속하게 검사가 진행된다. 이는 ‘플러스 피드백’-적은 감염으로 검사가 빠르고, 검사가 빨라 감염을 차단하고 그래서 감염이 줄어드는 구도를 형성했다.

영국 면역학회 피터 교수는 인터뷰에서 중국의 검사 방법에 감탄했으며, “영국에서도 이를 효과적으로 모방하길 희망한다”라고 밝혔다. (번역: 조미경)

원문 출처: CCTV 뉴스 

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