Mecanismos fotobioquímicos de biomoléculas relevantes para irradiação ultravioleta germicida em 222 e 254 nm

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 18217 (2022) Citar este artigo

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Para inativar vírus e microrganismos, a luz ultravioleta na região de comprimento de onda curto é um candidato promissor para mitigar a infecção de doenças. As lâmpadas germicidas de mercúrio que emitem a 254 nm e as lâmpadas excimer KrCl que emitem a 222 nm têm propriedades de esterilização. Neste trabalho, a dependência do comprimento de onda dos mecanismos fotobioquímicos foi investigada com irradiação de 222 e 254 nm para analisar os mecanismos de dano subjacentes ao DNA/RNA e às proteínas, utilizando Escherichia coli, uma protease, um oligopeptídeo, aminoácidos, DNA plasmidial e nucleosídeos. . O fotorreparo do DNA danificado e a reversão “escura” dos hidratos dos blocos de acoplamento de uracil fosforamidita também foram investigados.

A irradiação de luz ultravioleta (UV) é uma forma eficiente de inativar vírus e microrganismos com mínimos efeitos indesejáveis ​​na saúde dos mamíferos ou na pele e nos olhos1,2,3,4,5. Estudos anteriores avaliaram a resposta do patógeno ao comprimento de onda com o objetivo de garantir que os sistemas de desinfecção UV protejam adequadamente a saúde humana, por exemplo, do SARS-CoV-26,7,8. Uma abordagem para prevenir a transmissão de vírus é inativar patógenos transportados pelo ar em espaços públicos e de transporte, escritórios de empresas e hospitais quando os espaços estão ocupados por pessoas. Esta abordagem sem prejudicar a pele exposta dos mamíferos pode ser alcançada pela curta profundidade de penetração óptica da luz UV. Uma dose baixa a 222 nm foi eficiente na inativação de coronavírus em aerossol6. Foi realizada irradiação a 222 nm em camadas de células, concluindo que a irradiação UV é biologicamente segura para a viabilidade celular9,10. Uma luz não filtrada de amplo espectro de 222 nm foi aplicada para controlar patógenos de origem alimentar11. De acordo com a literatura de “uma recolha e análise de cem anos de dados sobre resultados sobre o impacto da irradiação UV em microrganismos, células humanas e animais, pele e olhos”, as doses médias de redução logarítmica necessárias a 222 nm são ligeiramente superiores em comparação com a irradiação a 254 nm, e uma dose apropriada deve reduzir a maioria dos patógenos na maioria dos meios em várias ordens de grandeza, sem prejudicar a pele ou os olhos humanos12.

A irradiação UV induz danos às proteínas e ácidos nucléicos. A irradiação a 254 nm inativou o SARS-CoV-2 através da indução de danos ao genoma viral e não danificou as proteínas virais12. As proteínas da matriz e do nucleocapsídeo de vírus e microorganismos absorvem a luz UV e reduzem a densidade da luz que atinge os ácidos nucléicos. Assim, em comprimentos de onda UV curtos, o mecanismo germicida é principalmente a degradação de proteínas, enquanto em comprimentos de onda UV longos, os ácidos nucleicos são danificados . O ácido ribonucléico (RNA) e o ácido desoxirribonucléico (DNA) consistem em uma proteína de estrutura açúcar-fosfato e bases de pirimidina/purina. Os espectros de ação UV para indução de dímeros de ciclobutano pirimidina (CPDs) e fotoprodutos de pirimidina (6-4)pirimidona ((6-4)PPs) no pico de DNA a 260 nm e correspondem ao espectro de absorção de DNA dissolvido em solução salina tamponada com fosfato, implicando que a fotoabsorção direta pela timina induz lesões no DNA17. Foram relatados insights mecanísticos sobre a formação fotoquímica de um aduto de hidrato da nucleobase do RNA em um ambiente aquoso .

Neste artigo, relatamos os mecanismos fotoquímicos da irradiação UV a 222 e 254 nm em biomoléculas relevantes para vírus e microrganismos; (a) degradação de aminoácidos aromáticos, um oligopeptídeo, uma protease e proteínas, (b) degradação do DNA plasmídico e seu processo de fotorreparação após ser transformado em células de Escherichia coli (E. coli), (c) degradação de um cofator no Processo enzimático de fotorreparo CPD, (d) degradação de nucleosídeos, (e) rendimentos de produtos de RNA UpU e DNA dTpdT, e (f) auto-reversão do UpU fotohidratado sob condições de escuridão.