Mécanismes photobiochimiques des biomolécules pertinents pour l'irradiation ultraviolette germicide à 222 et 254 nm

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 18217 (2022) Citer cet article

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Pour inactiver les virus et les micro-organismes, la lumière ultraviolette dans la région des courtes longueurs d’onde est un candidat prometteur pour atténuer l’infection des maladies. Les lampes germicides au mercure émettant à 254 nm et les lampes à excimère KrCl émettant à 222 nm ont des propriétés de stérilisation. Dans ce travail, la dépendance à la longueur d'onde des mécanismes photobiochimiques a été étudiée avec une irradiation à 222 et 254 nm pour analyser les mécanismes de dommages sous-jacents de l'ADN/ARN et des protéines, en utilisant Escherichia coli, une protéase, un oligopeptide, des acides aminés, de l'ADN plasmidique et des nucléosides. . La photoréparation de l'ADN endommagé et la réversion « sombre » des hydrates des blocs de couplage phosphoramidite d'uracile ont également été étudiées.

L'irradiation par la lumière ultraviolette (UV) est un moyen efficace d'inactiver les virus et les micro-organismes avec un minimum d'effets indésirables sur la santé des mammifères ou sur la peau et les yeux1,2,3,4,5. Des études antérieures ont évalué la réponse des agents pathogènes en longueur d'onde dans le but de garantir que les systèmes de désinfection par UV protègent adéquatement la santé humaine, par exemple contre le SRAS-CoV-26,7,8. Une approche pour prévenir la transmission des virus consiste à inactiver les agents pathogènes aéroportés dans les espaces publics et de transport, les bureaux des entreprises et les hôpitaux lorsque ces espaces sont occupés par des personnes. Cette approche sans nuire à la peau exposée des mammifères peut être obtenue grâce à une faible profondeur de pénétration optique de la lumière UV. Une faible dose à 222 nm s’est avérée efficace pour inactiver les coronavirus en aérosol6. Une irradiation à 222 nm sur des feuilles de cellules en couches a été réalisée, concluant que l'irradiation UV est biologiquement sans danger pour la viabilité cellulaire9,10. Une lumière non filtrée à large spectre de 222 nm a été appliquée pour contrôler les pathogènes d’origine alimentaire11. Selon la littérature « d'une collecte et d'une analyse de cent ans de données sur les résultats de l'impact de l'irradiation UV sur les micro-organismes, les cellules humaines et animales, la peau et les yeux », les doses moyennes de réduction logarithmique nécessaires à 222 nm sont légèrement supérieures. par rapport à l'irradiation à 254 nm, et une dose appropriée devrait réduire la plupart des agents pathogènes dans la plupart des milieux de plusieurs ordres de grandeur sans nuire à la peau ou aux yeux humains12.

L'irradiation UV induit des dommages aux protéines et aux acides nucléiques. L’irradiation à 254 nm a inactivé le SRAS-CoV-2 en induisant des dommages au génome viral et n’a pas endommagé les protéines virales12. Les protéines matricielles et nucléocapsides des virus et des micro-organismes absorbent la lumière UV et réduisent la densité de la lumière qui atteint les acides nucléiques. Ainsi, aux longueurs d’onde UV courtes, le mécanisme germicide est principalement la dégradation des protéines, tandis qu’aux longueurs d’onde UV longues, les acides nucléiques sont endommagés1,2,13,14,15,16. L'acide ribonucléique (ARN) et l'acide désoxyribonucléique (ADN) sont constitués d'une protéine de squelette sucre-phosphate et de bases pyrimidine/purine. Le spectre d'action UV pour l'induction de dimères de cyclobutane pyrimidine (CPD) et de photoproduits de pyrimidine (6-4) pyrimidone ((6-4) PP) dans l'ADN culmine à 260 nm et correspond au spectre d'absorption de l'ADN dissous dans une solution saline tamponnée au phosphate, ce qui implique que la photoabsorption directe par la thymine induit des lésions de l'ADN17. Des connaissances mécanistiques sur la formation photochimique d’un adduit hydraté de la nucléobase d’ARN dans un environnement aqueux ont été rapportées18.

Dans cet article, nous rapportons les mécanismes photochimiques de l'irradiation UV à 222 et 254 nm sur des biomolécules pertinentes pour les virus et les micro-organismes ; (a) dégradation d'acides aminés aromatiques, d'un oligopeptide, d'une protéase et de protéines, (b) dégradation de l'ADN plasmidique et de son processus de photoréparation après transformation dans des cellules d'Escherichia coli (E. coli), (c) dégradation d'un cofacteur dans le Processus enzymatique de photoréparation CPD, (d) dégradation des nucléosides, (e) rendements en produits de l'ARN UpU et de l'ADN dTpdT, et (f) auto-réversion de l'UpU photohydraté dans des conditions d'obscurité.