CC BY
77
УДК 579.61
ВЛИЯНИЕ УЗКОПОЛОСНОГО УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ ЭКСИПЛЕКСНОЙ ЛАМПЫ НА ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЮ БАКТЕРИОФАГА MS2
О.С. Жданова, Е.П. Красноженов, Э.А. Соснин***, С.М. Авдеев*, В.Ф. Тарасенко , А.В. Грицута
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск *Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск
** Томский государственный университет E-mail: [email protected]
Представлены результаты определения чувствительности бактериофага М52 к ультрафиолетовому излучению ртутной лампы низкого давления (РЛНД) и эксилампы на молекулах XeBr*. Показано, что вирулицидный эффект эксилампы выражен сильнее, чем эффект РЛНД.
Ключевые слова:
Бактериофаг, бактерицидное действие излучения, ультрафиолетовое излучение, эксилампа.
Введение
Бактерицидные свойства коротковолнового спектра УФ-излучения широко используются для дезинфекции и стерилизации. Самыми распространенными источниками УФ-излучения в настоящее время являются ртутные лампы низкого давления (РЛНД) - TUV 15W и TUV 30W [1, 2]. Сегодня установлено, что их применение небезопасно для здоровья человека, что связано с загрязнением окружающей среды ртутью. Утилизация таких ламп сопровождается высокими экономическими затратами. В связи с этим, в странах ЕС с 2009 г. начато поэтапное выведение содержащих ртуть ламп из производственного цикла [3].
Современные разработки в области формирования излучения позволяют уйти от использования ртутьсодержащих источников. Так, в [4, 5] на различных бактериальных культурах показано, что XeBr-эксилампа как источник УФ-излучения также обладает бактерицидным действием.
В ранее проведенных исследованиях [6] мы показали наличие инактивирующего действия УФ-излучения этой лампы на бактериальные культуры -возбудители внутрибольничных инфекций. Целью данной работы явилось определение чувствительности вирусов, на примере бактериофага MS2, к УФ-излучению XeBr-эксилампы.
Жданова Оксана Сергеевна,
канд. мед. наук, ст. преподаватель кафедры микробиологии и вирусологии Сибирского государственного медицинского университета.
E-mail: [email protected] Область научных интересов: микробиология, вирусология, биопленки, иммунология. Красноженов Евгений Павлович, д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой микробиологии и вирусологии Сибирского государственного медицинского университета. E-mail: [email protected] Область научных интересов: микробиология, инфекция, иммунитет.
Соснин Эдуард Анатольевич,
д-р физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. лаборатории оптических излучений Института сильноточной электроники СО РАН, профессор кафедры управления инновациями Томского государственного университета. E-mail: [email protected]
Область научных интересов: спектроскопия, светотехника, фотохимия, процессы горения и взрыва, фотобиология, фотомедицина, организация научных исследований, феномен и методы творчества. Авдеев Сергей Михайлович, канд. физ.-мат. наук, мл. науч. сотр. лаборатории оптических излучений Института сильноточной электроники СО РАН. E-mail: [email protected]. Область научных интересов: источники оптического излучения, эксилампы.
Материалы и методы
Тарасенко Виктор Федотович, д-р физ.-мат. наук, профессор, руководитель лаборатории оптических излучений Института сильноточной электроники СО РАН.
E-mail: [email protected] Область научных интересов: физика низкотемпературной плазмы и физика лазеров. Грицута Aлександра Валерьевна, студентка медикобиологического факультета Сибирского государственного медицинского университета. E-mail: [email protected] Область научных интересов: микробиология, вирусология.
В экспериментах использовалась ХеВг-эксилампа (модель XeBг_BD_P, Институт сильноточной электроники СО РАН, Россия) [7] с бактерицидной отдачей 8,7 %. Спектр лампы представлен на рис. 1. Он представляет собой узкую полосу излучения с максимумом на длине волны 283 нм и полушириной несколько нанометров.
ч
О)
=
н
о
0.6
0.4
0,2
1.0 240
1 1 1 і 1 1 . 1 , 1 , 1 , 3
1 .
, і Г——Г 1 1 . 1
250
260
270
280
X, нм
290
300
510
320
Рис. 1. Спектральные характеристики источников УФ-излучения и ДНК: 1) спектр поглощения ДНК; 2) атомарная линия ртути РЛНД; 3) спектр излучения XeBr-эксилампы
В качестве РЛНД использовали лампу Philips TUV-15, имеющую бактерицидную отдачу (согласно [2]) 27 %. При работе с РЛНД часть ее закрывали диафрагмой таким образом, чтобы обеспечивались дозы облучения сопоставимые по величине с дозами облучения XeBr-эксилампой. Мощность и дозу облучения определяли в абсолютных единицах фотоприемником С8026 (Hamamatsu Photonics KK) c головкой H8025-222. Доза облучения составляла 45 Дж/м2. При проведении экспериментов учитывали необходимость разогрева РЛНД в течение 2,5 мин для возникновения стабильного светового потока. XeBr-эксилампа сразу после пуска выходит на рабочий режим.
Для проведения исследования использовали бактериофаг MS2 (штамм ВКПМ РН-1505), размножающийся на культуре E. coli K-12 F+ Str11 (штамм ВКПМ В-3254). Культура фага и кишечной палочки получены из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов.
Чувствительность бактериофага MS2 к УФ-излучению определяли по модифицированной нами стандартной методике агаровых слоев А. Грациа [8]. Культуру бактериофага титровали на физиологическом растворе до 10 9. Исследуемый материал равномерно распределяли по поверхности мясо-пептонного агара в чашках Петри и подвергали облучению. Одну часть опытных чашек облучали РЛНД, другую - XeBr-эксилампой, контрольные чашки с культурой фага действию УФ-излучения не подвергали. После проведения эксперимента все чашки заливали расплавленным мягким агаром, в который предварительно вносили чувствительную к бактериофагу культуру E. coli. Чашки инкубировали в термостате при 37 °С в течение 18...20 ч, после чего подсчитывали количество инфекционных фокусов (рис. 2). Эффективность вирули-цидного действия УФ-излучения каждой лампы выражали в процентах и оценивали по степени
B — B
инактивации бактериофага по формуле: A = —------0 • 100 %, где А - эффективность вирулицид-
Bk
ного действия лампы; Вк - количество инфекционных фокусов в контроле; Во - количество ин-
фекционных фокусов после облучения. В каждом опыте рассчитывали среднее арифметическое значение вирулицидной эффективности для каждой лампы по шести точкам. Опыт повторяли 7 раз.
Статистическую обработку проводили с использованием системы программного обеспечения анализа базы данных Statistica 6.0. Статистическую значимость (р < 0,05) при сравнении двух независимых переменных, ввиду небольшой выборки, определяли с помощью и-критерия Манна-Уитни. Результаты представлены в виде диаграммы размаха на рис. 3.
Результаты и обсуждение
В результате проведенного исследования было выявлено, что выраженное вирулицидное действие на культуру бактериофага MS2 вызывает УФ-излучение обоих источников (рис. 2).
Высокую чувствительность тестируемая культура проявила к действию УФ-излучения с длиной волны 283 нм (источник ХеБг-эксилампа).
а б в
Рис. 2. Фотографии чашек Петри с инфекционными фокусами, образованными бактериофагом:
а) инфекционные фокусы в контроле; б) инфекционные фокусы после облучения РЛНД; в) инфекционные фокусы после облучения ХеБг-эксилампой
80
0
п Медиана I I 25 % - 75 % Мин-Макс
1 2
Т ипы УФ-ламп:
1 - РЛНД; 2 - ХеВг-эксилампа
Рис. 3. Эффективность инактивации фага MS2 УФ-излучением РЛНД и ХеБг-эксилампы
Бактерицидный эффект линейчатого излучения РЛНД хорошо известен и обусловлен инактивирующим действием резонансной линии ртути на X = 253,7 нм, которая соответствует спектру поглощения нуклеиновых кислот и вызывает преимущественно их повреждение [9]. Механизмы, приводящие к изменению структуры и функции нуклеиновых кислот под действием УФ-излучения, связаны с повреждением пиримидиновых оснований: образованием димеров и фотогидротацией, а также образованием сшивок ДНК-белок. Показано, что наибольший вклад в инактивацию ДНК вносит механизм образования тиминовых димеров (значительно реже образуются сшивки между двумя цитозинами или цитозином и тимином) [9]. Изменение структуры нуклеиновых кислот, в результате фотогидратации, обусловлено преимущественно образованием 6-окси-5-гидропроизводных цитозина и урацила [9].
Поскольку геном тестируемого нами бактериофага представлен однонитчатой РНК, логично предположить, что вирулицидная активность УФ-излучения связана с повреждением структуры РНК, протекающим по механизму фотогидратации и образованием 6-окси-5-гидроурацила.
Эффективность излучения XeBr-эксилампы объясняется, во-первых, наличием коротковолнового «хвоста» в диапазоне длин волн 260... 282 нм, которое покрывает часть пика поглощения ДНК, и, во-вторыа, максимумом, приходящимся на длину волны 283 нм. Из литературы известно, что спектр поглощения белка определяется ароматическими аминокислотами (триптофан, тирозин, фенилаланин) с максимумами около 285, 280 и 258 нм и хвостом поглощения до 310 нм, а также наличием сульфгидрильных и дисульфидных групп цистина и цистеина, обеспечивающих поглощение в области 240 нм. При этом «спектр действия инактивации для индивидуального вещества по форме соответствует спектру его поглощения» [9, 10]. Таким образом, вирулицидная активность излучения XeBr-эксилампы может быть связана: 1) с повреждением белков, образующих оболочку фага и защищающих геном; 2) с повреждением РНК бактерифага в результате фотогидратации.
Мы полагаем, что лучистый поток XeBr-эксилампы вызывает большее число повреждений, по сравнению с РЛНД, результатом чего является более высокая чувствительность к нему бактериофага MS2.
Выводы
Проведено сравнительное исследование влияния УФ-излучения XeBr-эксилампы и РЛНД на культуру бактериофага MS2. Показано, что XeBr-эксилампа более эффективно инактивирует бактериофаг. Анализ полученных результатов диктует необходимость определения вирулицидной активности XeBr-эксилампы в отношении других вирусов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Руководство Р 3.5.1904-04. Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях. - Минздрав РФ, 2004. - 28 с.
2. Методические указания МУ 2.3.975-00. Применение ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздушной среды помещений организаций пищевой промышленности, общественного питания и торговли продовольственными товарами. -Минздрав РФ, 2000. - 28 с.
3. EU Directive on Eco-Design/Staged phase-out // OSRAM. 2012. - URL:
http://www.osram.com/osram_com/Professionals/General_Lighting/EU_Directive_on_Eco-Design/Staged_phase-out/index.html (дата обращения: 10.02.2012).
4. Соснин Э.А. Эксилампы и новое семейство ультрафиолетовых облучателей на их основе // Светотехника. - 2006. - № 6. - С. 25-31.
5. Avdeev S.M., Sosnin E.A., Velichevskaya K.Yu., Lavrent’eva L.V. Comparative study of UV radiation action of XeBr-excilamp and conventional low-pressure mercury lamp on bacteria // Proc. SPIE. - 2008. - V. 6938. - P. 693-813.
6. Жданова О.С., Соснин Э.А., Красноженов Е.П., Авдеев С.М., Тарасенко В.Ф., Грицута А.В. Чувствительность возбудителей госпитальных инфекций к ультрафиолетовому излучению с длиной волны 283 нм // Журнал инфекционной патологии. - 2010. - Т. 17. - № 3. - С. 62-64.
7. Технологии и разработки. Конкретные модели и разработки эксиламп // ФГУБУН Института сильноточной электроники СО РАН. - URL:
http: //www .hcei.tsc.ru/ru/cat/technologies/excilamps/Developments.html. (дата обращения:
10.02.2012).
8. Красильников А.П., Романовская Т.Р. Микробиологический словарь-справочник / 2-е изд., доп. и перераб. - Мн.: Асар, 1999. - 400 с.
9. Владимиров Ю.А., Потапенко А.Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. - М.: Высшая школа, 1989. - 214 с.
10. Вассерман А.Л., Шандала М.Г., Юзбашев В.Г. Ультрафиолетовое излучение в профилактике инфекционных заболеваний. - М.: Медицина, 2003. - 208 с.
Поступила 10.02.2012 г.
