222 및 254nm의 살균 자외선 조사와 관련된 생체분자의 광생화학적 메커니즘

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18217(2022) 이 기사 인용

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바이러스와 미생물을 비활성화하기 위해 단파장 영역의 자외선은 질병 감염을 완화시키는 유망한 후보입니다. 254 nm에서 방출되는 살균 수은 램프와 222 nm에서 방출되는 KrCl 엑시머 램프는 살균 특성을 가지고 있습니다. 이 연구에서는 대장균, 프로테아제, 올리고펩타이드, 아미노산, 플라스미드 DNA 및 뉴클레오시드를 사용하여 DNA/RNA 및 단백질의 기본 손상 메커니즘을 분석하기 위해 222nm 및 254nm 조사를 통해 광생화학적 메커니즘의 파장 의존성을 조사했습니다. . 손상된 DNA의 광복구 및 우라실 포스포라미다이트 커플링 블록의 수화물의 "어두운" 복귀도 조사되었습니다.

자외선(UV) 광 조사는 포유류의 건강이나 피부 및 눈에 바람직하지 않은 영향을 최소화하면서 바이러스 및 미생물을 비활성화하는 효율적인 방법입니다1,2,3,4,5. 이전 연구에서는 UV 소독 시스템이 SARS-CoV-26,7,8과 같은 인간 건강을 적절하게 보호한다는 목표로 파장 병원체 반응을 평가했습니다. 바이러스 전파를 예방하는 방법은 공공장소, 교통공간, 회사 사무실, 병원 등 사람이 거주하는 공간에서 공기 중 병원균을 비활성화시키는 것이다. 노출된 포유류 피부에 해를 끼치지 않는 이러한 접근 방식은 UV 광선의 광학 침투 깊이를 짧게 하여 달성할 수 있습니다. 222nm의 저선량은 에어로졸화된 코로나바이러스를 비활성화하는 데 효율적이었습니다6. 층화된 세포 시트에 222 nm의 조사가 수행되었으며, 이는 UV 조사가 세포 생존에 생물학적으로 안전하다는 결론을 내렸습니다9,10. 식인성 병원균을 제어하기 위해 여과되지 않은 넓은 스펙트럼 222nm 빛이 적용되었습니다11. "미생물, 인간 및 동물 세포, 피부 및 눈에 대한 UV 조사의 영향에 대한 결과에 대한 100년 간의 데이터 수집 및 분석" 문헌에 따르면 222 nm에서 평균 필요한 로그 감소 선량은 약간 더 높습니다. 254nm의 방사선 조사와 비교했을 때, 적절한 선량은 인간의 피부나 눈에 해를 끼치지 않고 대부분의 매체에 있는 대부분의 병원균을 몇 자릿수까지 줄여야 합니다12.

UV 조사는 단백질과 핵산에 손상을 유발합니다. 254nm의 방사선 조사는 바이러스 게놈 손상 유도를 통해 SARS-CoV-2를 비활성화했으며 바이러스 단백질에는 손상을 주지 않았습니다12. 바이러스와 미생물의 매트릭스 및 뉴클레오캡시드 단백질은 자외선을 흡수하여 핵산에 도달하는 빛의 밀도를 감소시킵니다. 따라서 짧은 UV 파장에서는 살균 메커니즘이 대부분 단백질 분해인 반면, 긴 UV 파장에서는 핵산이 손상됩니다1,2,13,14,15,16. 리보핵산(RNA)과 데옥시리보핵산(DNA)은 당-인산 백본 단백질과 피리미딘/퓨린 염기로 구성됩니다. 260nm의 DNA 피크에서 사이클로부탄 피리미딘 이량체(CPD) 및 피리미딘(6-4)피리미돈 광산물((6-4)PP)을 유도하기 위한 UV 작용 스펙트럼은 인산염 완충 식염수에 용해된 DNA의 흡수 스펙트럼과 일치합니다. 티민에 의한 직접적인 광흡수는 DNA 병변을 유도합니다. 수성 환경에서 RNA 핵염기의 수화물 부가물의 광화학적 형성에 대한 기계적 통찰력이 보고되었습니다.

본 논문에서는 바이러스 및 미생물과 관련된 생체분자에 대한 222 및 254nm의 UV 조사의 광화학적 메커니즘을 보고합니다. (a) 방향족 아미노산, 올리고펩타이드, 프로테아제 및 단백질의 분해, (b) 대장균(E. coli) 세포로 형질전환된 후 플라스미드 DNA 및 광복구 과정의 분해, (c) 보조인자의 분해 CPD 광복구 효소 과정, (d) 뉴클레오시드 분해, (e) RNA UpU 및 DNA dTpdT로부터의 생성물 수율, (f) 어두운 조건에서 광수화된 UpU의 자가 복귀.