Биологические науки/6. Микробиология

к.б.н. Лаврентьева Л.В., Величевская К.Ю.

Томский государственный университет, Россия

к.ф.-м.н. Соснин Э.А., к.ф.-м.н. Авдеев С.М.

Институт сильноточной электроники СО РАН, Россия

Сравнение бактерицидной эффективности эксиплексных ламп и ртутной лампы низкого давления

В 1942-м году было показано, что основной мишенью при летальном и мутагенном действии ультрафиолетового (УФ) излучения служат нуклеиновые кислоты [1]. К настоящему времени для УФ-инактивации применяются самые разные источники УФ-излучения (плазма, лазерное излучение, линейчатое излучение ртутных ламп низкого и среднего давления (РЛНД) и т.д.). Проведенный нами анализ позволил сформулировать требования к «идеальному» устройству для УФ-инактивации микроорганизмов, а именно, его спектр излучения: 1) должен соответствовать максимумам спектра действия инактивации ДНК УФ-излучением (рис. 1); 2) должен быть полихроматическим [2,3]. Первое требование, как ни странно, разработчиками новых методов УФ-стерилизации игнорируется.

Рис. 1. Спектр действия инактивации Escherichia coli [1, с. 285] (1); обобщенный линейный коэффициент поглощения ДНК (2) [4].

В качестве прототипа источника излучения, удовлетворяющего в первом приближении требованиям (1,2), в 2001 г. нами было предложено использовать эксилампы [5]. Эксилампы являются подклассом разрядных ламп, излучающих за счет распада эксимерных или эксиплексных молекул [3,6]. В зависимости от сорта рабочего газа эксилампы излучают узкие полосы излучения в вакуумном и УФ-диапазоне спектра. Предстояло доказать, что эксилампы, спектр которых адекватен максимумам спектра действия инактивации ДНК ультрафиолетовым излучением, обладают выраженным бактерицидным действием. Для этого в настоящей работе представлены последние результаты сравнительных экспериментальных исследований бактерицидного действия излучения XeBr (282 нм), KrBr(206 нм), KrCl(222 нм), KrCl_KrBr (222 и 206 нм) эксиламп [6] и РЛНД (253.7 нм, модель TUV-15) на культуру Escherichia coli (ATCC2592925).

На первом этапе мы сравнили инактивирующее действие XeBr-эксилампы и РЛНД на тест-штамм Escherichia coli. По рис. 2. видно, что максимум интенсивности B-X полосы молекулы XeBr* (282 нм) находится примерно на одном и том же расстоянии от максимума спектра действия, что и атомарная линия РЛНД. То есть Dl₁ ≈ Dl₂. Это позволяло надеяться на то, что обе указанные лампы обладают сопоставимым бактерицидным эффектом. Отметим, что нам неизвестны работы, где было сделано такое прямое сравнение.

Рис. 2. Различные спектральные характеристики, важные в нашем исследовании: 1 - спектр действия инактивации ДНК; 2 - спектр поглощения ДНК; 3 - спектр излучения XeBr-эксилампы; 4 - спектр излучения РЛНД.

Эксперименты подтвердили справедливость нашей гипотезы (рис. 3): оба источника излучения действительно обеспечивают одинаковый бактерицидный эффект, потому что излучают в тех участках спектра, где спектры действия излучения сопоставимы по величине.

Рис. 3. Инактивация Escherichia coli различными дозами УФ-излучения XeBr-эксилампы (■) и РЛНД (●).

На втором этапе мы сравнили между собой действие различных эксиламп. Показано, что бактерицидная эффективность эксиламп убывает в следующем ряду: XeBr (282 нм) > KrCl_KrBr (222 и 206 нм) > KrCl(222 нм).

Таким образом, в настоящей работе впервые показано, что: 1) XeBr-эксилампа и РЛНД обладают сопоставимым бактерицидным эффектом; 2) оценена бактерицидная эффективность эксиламп на молекулах XeBr*, KrBr*, KrCl*.

Литература:

1. Владимиров Ю.А. Потапенко А.Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. М.: Высш. Школа., 1989.

2. Лаврентьева Л.В., Мастерова Я.В., Соснин Э.А. // Вестник Томского государственного университета. Серия биологические науки. Приложение. 2003. №8. С.108−113.

3. Авдеев С.М. Узкополосные источники спонтанного ультрафиолетового излучения на основе барьерного разряда // Дис. на соиск. уч. степени канд. физ.-мат. наук. Томск, 2007.

4. Von C. Sonntag, “Disinfection with UV radiation”, in Process Technologies for Water Treatment, S. Stucki, Ed. New York: Plenum Press, 1987.

5. Sosnin E.A., Lavrent’eva L.V., Yusupov M.R., Masterova Y.V., Tarasenko V.F. // Proc. of 2nd International Workshop on Biological Effects of Electromagnetic Fields, Rhodes, Greece (October 7-11), 2002. P.953−957.

6. Sosnin E.A., Oppenländer T., Tarasenko V.F. // Journal Photochemistry and Photobiology C: Reviews. 2006. V.7. P.145-163.