Фотобиохимические механизмы биомолекул, связанные с бактерицидным ультрафиолетовым облучением при длинах волн 222 и 254 нм

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 18217 (2022) Цитировать эту статью

1211 Доступов

1 Цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Для инактивации вирусов и микроорганизмов ультрафиолетовый свет коротковолновой области является многообещающим кандидатом для смягчения заражения болезнями. Бактерицидные ртутные лампы с длиной волны излучения 254 нм и эксимерные лампы KrCl с длиной волны 222 нм обладают стерилизующими свойствами. В этой работе зависимость фотобиохимических механизмов от длины волны была исследована при облучении с длиной волны 222 и 254 нм для анализа основных механизмов повреждения ДНК/РНК и белков с использованием Escherichia coli, протеазы, олигопептида, аминокислот, плазмидной ДНК и нуклеозидов. . Также были исследованы фоторепарация поврежденной ДНК и «темновая» реверсия гидратов урацил-фосфорамидитных связывающих блоков.

Облучение ультрафиолетовым (УФ) светом является эффективным способом инактивации вирусов и микроорганизмов с минимальным нежелательным воздействием на здоровье млекопитающих или на кожу и глаза1,2,3,4,5. Предыдущие исследования оценивали реакцию патогенов на длину волны с целью гарантировать, что системы УФ-дезинфекции адекватно защищают здоровье человека, например, от SARS-CoV-26,7,8. Подход к предотвращению передачи вирусов заключается в инактивации переносимых по воздуху патогенов в общественных и транспортных помещениях, офисах компаний и больницах, когда эти помещения заняты людьми. Этот подход без повреждения открытой кожи млекопитающих может быть достигнут за счет небольшой глубины оптического проникновения УФ-излучения. Низкая доза при длине волны 222 нм была эффективна для инактивации аэрозольных коронавирусов6. Было проведено облучение при 222 нм слоистых клеточных листов, в результате чего был сделан вывод, что УФ-облучение биологически безопасно для жизнеспособности клеток9,10. Нефильтрованный свет широкого спектра с длиной волны 222 нм применялся для борьбы с патогенами пищевого происхождения11. По данным литературы «сбора и анализа столетних данных о результатах воздействия УФ-облучения на микроорганизмы, клетки человека и животных, кожу и глаза», средние необходимые логарифмические дозы при 222 нм несколько выше по сравнению с облучением при длине волны 254 нм, а соответствующая доза должна уменьшить количество патогенов в большинстве сред на несколько порядков, не причиняя вреда коже или глазам человека12.

УФ-облучение вызывает повреждение белков и нуклеиновых кислот. Облучение с длиной волны 254 нм инактивировало SARS-CoV-2 за счет индукции повреждения вирусного генома и не повредило вирусные белки12. Матрикс- и нуклеокапсидные белки вирусов и микроорганизмов поглощают УФ-излучение и уменьшают плотность света, достигающего нуклеиновых кислот. Таким образом, при коротких длинах волн УФ бактерицидный механизм заключается в основном в деградации белков, тогда как при длинных длинах волн УФ-излучения повреждаются нуклеиновые кислоты1,2,13,14,15,16. Рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) состоят из белка сахарофосфатного остова и пиримидиновых/пуриновых оснований. Спектры УФ-действия для индукции димеров циклобутан-пиримидина (CPD) и фотопродуктов пиримидин-(6-4)пиримидона ((6-4)PP) в пике ДНК при 260 нм и соответствуют спектру поглощения ДНК, растворенной в фосфатно-солевом буфере, подразумевая, что прямое фотопоглощение тимином вызывает повреждения ДНК17. Сообщалось18 о механизме фотохимического образования гидратного аддукта азотистого основания РНК в водной среде.

В этой статье мы сообщаем о фотохимических механизмах УФ-облучения при 222 и 254 нм биомолекул, имеющих отношение к вирусам и микроорганизмам; (а) деградация ароматических аминокислот, олигопептида, протеазы и белков, (б) деградация плазмидной ДНК и процесс ее фоторепарации после трансформации в клетки Escherichia coli (E. coli), (в) деградация кофактора в Ферментативный процесс фоторепарации CPD, (d) деградация нуклеозидов, (e) выход продуктов из РНК UpU и ДНК dTpdT и (f) самореверсия фотогидратированного UpU в условиях темноты.