222および254nmの殺菌紫外線照射に関連する生体分子の光生化学機構

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18217 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

ウイルスや微生物を不活化するために、短波長領域の紫外線は病気の感染を軽減するための有望な候補です。 254 nm で発光する殺菌用水銀ランプと 222 nm で発光する KrCl エキシマ ランプには滅菌特性があります。 この研究では、大腸菌、プロテアーゼ、オリゴペプチド、アミノ酸、プラスミド DNA、およびヌクレオシドを使用して、DNA/RNA およびタンパク質の根本的な損傷メカニズムを分析するために、222 nm および 254 nm の照射で光生化学メカニズムの波長依存性を調査しました。 。 損傷した DNA の光修復とウラシル ホスホラミダイト カップリング ブロックの水和物の「暗」復帰も調査されました。

紫外線（UV）光照射は、哺乳類の健康や皮膚や目への望ましくない影響を最小限に抑えながら、ウイルスや微生物を不活化する効率的な方法です1、2、3、4、5。 これまでの研究では、UV 消毒システムが SARS-CoV-26、7、8 などから人間の健康を適切に保護することを目的として、波長による病原体反応が評価されてきました。 ウイルスの感染を防ぐアプローチは、公共スペースや交通機関、会社のオフィス、病院などの人が占有しているスペースで浮遊病原体を不活化することです。 露出した哺乳動物の皮膚を傷つけることなくこのアプローチは、紫外線の光侵入深さが短いことによって達成できます。 222 nm での低線量は、エアロゾル化したコロナウイルスの不活化に効果的でした6。 層状細胞シートへの 222 nm の照射が行われ、UV 照射は細胞の生存能力にとって生物学的に安全であると結論づけられました9,10。 食品由来の病原菌を制御するために、フィルタされていない広スペクトルの 222 nm 光が適用されました 11。 「微生物、ヒトおよび動物の細胞、皮膚および目に対する紫外線照射の影響に関する結果に関する100年間のデータの収集と分析」の文献によると、222nmでの平均必要対数低減線量はわずかに高くなります。 254 nm での照射と比較して、適切な線量は、人間の皮膚や目に害を与えることなく、ほとんどの媒体中のほとんどの病原体を数桁減少させるはずです12。

UV 照射はタンパク質や核酸に損傷を与えます。 254 nm の照射は、ウイルスゲノム損傷の誘導を通じて SARS-CoV-2 を不活化し、ウイルスタンパク質には損傷を与えませんでした 12。 ウイルスや微生物のマトリックスタンパク質とヌクレオカプシドタンパク質は紫外線を吸収し、核酸に到達する光の密度を減少させます。 したがって、短い UV 波長では、殺菌メカニズムは主にタンパク質の分解ですが、長い UV 波長では、核酸が損傷します 1,2,13,14,15,16。 リボ核酸 (RNA) とデオキシリボ核酸 (DNA) は、糖-リン酸骨格タンパク質とピリミジン/プリン塩基から構成されます。 DNA 中のシクロブタン ピリミジン二量体 (CPD) およびピリミジン (6-4) ピリミドン光生成物 ((6-4)PP) を誘導するための UV 作用スペクトルは 260 nm でピークに達し、リン酸緩衝食塩水に溶解した DNA の吸収スペクトルと一致します。チミンによる直接光吸収は DNA 損傷を誘発します 17。 水性環境における RNA 核酸塩基の水和付加物の光化学的形成に関する機構的な洞察が報告されています 18。

この論文では、ウイルスや微生物に関連する生体分子に対する 222 および 254 nm の UV 照射の光化学メカニズムを報告します。 (a) 芳香族アミノ酸、オリゴペプチド、プロテアーゼおよびタンパク質の分解、(b) プラスミド DNA の分解および大腸菌 (E. coli) 細胞に形質転換された後のその光修復プロセス、(c) 細胞内の補因子の分解CPD光修復酵素プロセス、（d）ヌクレオシドの分解、（e）RNA UpUおよびDNA dTpdTからの生成物収量、および（f）暗条件下での光水和されたUpUの自己復帰。