Инактивация микроорганизмов под действием вакуумного ультрафиолетового излучения

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Зверева Г.Н., Кирцидели И.Ю. Инактивация микроорганизмов под действием вакуумного ультрафиолетового излучения // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 8. С. 67–74. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-08-67-74

Zvereva G.N., Kirtsideli I.Yu. Inactivation of microorganisms by vacuum ultraviolet radiation [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 8. P. 67–74. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-08-67-74

Ссылка на англоязычную версию:

G. N. Zvereva and I. Yu. Kirtsedeli, "Inactivation of microorganisms by vacuum ultraviolet radiation," Journal of Optical Technology. 88(8), 454-459 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000454

Аннотация:

В работе исследовались особенности воздействия вакуумного ультрафиолетового излучения (λ = 173 нм) на микроскопические грибы видов Cladosporium herbarum, Rhodotorula colostri и Saccharomyces cerevisiae. Выявлена зависимость вероятности выживания от концентрации грибов в образце, что указывает на эффект затенения. Вероятности выживания микроскопических грибов в экспоненциальной фазе не зависели от вида гриба, что может быть объяснено недостаточным накоплением защитного пигмента в клеточной стенке. Инфракрасная спектроскопия и атомно-силовая микроскопия облучённых образцов указывают на разрушение сахаров и белков клеточной стенки. Электрофорез показал, что при ВУФ облучении у ДНК Rhodotorula colostri появляются двухцепочечные разрывы, а у ДНК Cladosporium herbarum они отсутствуют, что может быть объяснено наличием у него защитного пигмента меланина. При добавлении в питательную среду антиоксидантов (GSH, J2, KJ) вероятность выживания микроскопических грибов возрастала, что указывает на вклад непрямого механизма в инактивацию. Для Rhodotorula colostri величина данного вклада достигала 50% в области плотностей энергии 5–20 мДж/см2.

Ключевые слова:

вакуумный ультрафиолет (ВУФ), радикал ·ОН, ДНК, микроскопические грибы

Благодарность:

Работа частично выполнялась в рамках государственного задания согласно тематическому плану БИН РАН по теме № АААА-А19-119020890079-6, часть работы выполнена на оборудовании ЦКП «Клеточные и молекулярные технологии изучения растений и грибов» Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (Санкт-Петербург).

Коды OCIS: 260.7210, 170.1420, 170.1530

Список источников:

1. Heit G., Neuner A., Saugy P.-Y., Braun A.M. Vacuum-UV actinometry. The quantum yield of the photolysis of water // J. Chem. Phys. A. 1998. V. 102. P. 5551–5561.
2. Atkinson R., Baulch D.L., Cox R.A., Crowley J.N., Hampson R.H., Hynes R.G., Jenkin M.E., Rossi M.J., Troe J. Evaluated kinetic and photochemical data for atmospheric chemistry: Volume I – gas phase reactions of Ox, HOx, NOx and SOx species // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 1461–1738.
3. Michael B.D., Prise K.M., Folkard M., Vojnovic B., Brocklehurst B., Munro I.H., Hopkirk A. Action spectra for single- and double-strand break induction in plasmid DNA: Studies using synchrotron radiation // Int. J. Radiat. Biol. 1994. V. 66. P. 569–572.
4. Dickinson H.R., Johnson W.C. Optical properties of sugars. II. Vacuum-ultraviolet absorption of model compounds // J. Am. Chem. Soc. 1974. V. 96. P. 5050–5054.
5. Inagaki T., Hamm R.N., Arakawa E.T., Birkhoff R.D. Optical property of bovine plasma albumin between 2 and 82 eV // Biopolymers. 1975. V. 14. P. 839–847.
6. Weltmann K.D., Kindel E., Woedtke T., Hähnel M., Stieber M., Brandenburg R. Atmospheric-pressure plasma sources: Prospective tools for plasma medicine // Pure Appl. Chem. 2010. V. 82. P. 1223–1237.
7. Horneck G., Klaus D.M., Mancinelli R.L. Space microbiology // Microb. and Molec. Biol. Rev. 2010. V. 74. P. 121–156.
8. Ito T., Ito A., Hieda K., Kobayashi K. Wavelength dependence of inactivation and membrane damage to Saccharomyces cerevisiae cells by monochromatic synchrotron vacuum-uv radiation (145–190 nm) // Rad. Res. 1983. V. 96. P. 532–548.
9. Sarantopoulou E., Stefi A., Kollia Z., Palles D., Petrou P.S., Bourkoula A., Koukouvinos G., Velentzas A.D., Kakabakos S., Cefalas A.C. Viability of Cladosporium herbarum spores under 157 nm laser and vacuum ultraviolet irradiation, low temperature (10 K) and vacuum // J. Appl. Phys. 2014. V. 116. Р. 104701.
10. Камзолкина О.В., Дунаевский Я.Е. Биология грибной клетки. М: Товарищество научных изданий КМК, 2015. 239 с.
11. Weeks J.L., Meaburn G.M.A.C., Gordon S. Absorption coefficient of liquid water and aqueous solutions in the far ultraviolet // Rad. Research. 1963. V. 19. P. 559–567.
12. Елинов Н.П., Витковская Г.А., Калошин В.Г., Колотинская Т.М. Cтруктурные полисахариды некоторых видов Rhodotorula и Cryptococcus // Биохимия. 1974. Т. 39. № 4. С. 787–792.
13. Paulino-Lima I.G., Pilling S., Janot-Pacheco E., Naves de Brito A., Barbosa J.A.R.G., Leitao A.C., Lage C.A.S. Laboratory simulation of interplanetary ultraviolet radiation (broad spectrum) and its effects on Deinococcus radiodurans // Planetary and Space Science. 2010. V. 58. P. 1180–1187.
14. Zvereva G., Kirtsideli I., Machs E., Vangonen A. Mechanisms of the effect of VUV radiation on the microfungi // Proc. SPIE. 2018. V. 10614. Р. 106141S.
15. Anderson R.R., Parrish J.A. The optics of human skin // J. Invest. Dermat. 1981. V. 77. P. 13–19.
16. Lin L., Xu J. Fungal pigments and their role associated with human health // J. of Fungi. 2020. V. 6. Р. 280.
17. Бирюзова В.И. Ультраструктурная организация дрожжевой клетки. М: Наука, 1993. 224 с.
18. Свердлова О.В. Электронные спектры в органической химии. Л: Химия, 1985. 248 с.
19. Киселёва М.Н., Цыганенко Н.М., Смирнова Т.М., Додонова Н.Я. Фотолиз тотального гистона и ДНК плазмиды pBR-322 в вакуумной ультрафиолетовой области спектра // Биофизика. 1989. Т. XXXIV. № 4. С. 536–540.

20. Takakura K., Ishikawa M., Ito T. Action spectrum for the induction of single-strand breaks in DNA in buffered aqueous solution in the wavelength range from 150 to 272 nm: Dual mechanism // Int. J. Radiat. Biol. 1987. V. 52. P. 667–675.
21. Бугаенко В.Л., Бяков В.М. Количественная модель радиолиза жидкой воды и разбавленных водных растворов водорода, кислорода и перекиси водорода. I. Формулировка модели // Химия высоких энергий. 1998. Т. 32. № 6. С. 407–414.
22. Porter N.A. Mechanisms for the autoxidation of polyunsaturated lipids // Accounts of Chem. Res. 1986. V. 19. № 3. P. 262–268.
23. Aceves C., Anguiano B., Delgado G. The extrathyronine actions of iodine as antioxidant, apoptotic, and differentiation factor in various tissues // THYROID. 2013. V. 23. № 8. P. 938–946.
24. Zvereva G.N., Kirtsideli I.Yu., Machs E.M., Letova E.Yu. Inderect action of VUV radiation on microorganisms // Proc. SPIE. 2019 V. 113322. Р. 113222M.