Dependencia de la longitud de onda de la inactivación de la luz ultravioleta para el SARS

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 9706 (2023) Citar este artículo

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La irradiación ultravioleta (UV) ofrece un método eficaz y conveniente para la desinfección de microorganismos patógenos. Sin embargo, la irradiación UV causa daño a las proteínas y/o al ADN; por lo tanto, se necesita más información sobre el rendimiento de las diferentes longitudes de onda UV y sus aplicaciones para reducir los riesgos para el cuerpo humano. En este artículo, determinamos la eficacia de la inactivación UV de las variantes omicrón BA.2 y BA.5 del SARS-CoV-2 en una suspensión líquida en varias longitudes de onda UV mediante el método de dosis de infección en cultivo de tejidos del 50% (TCID50) y polimerasa cuantitativa. ensayo de reacción en cadena (qPCR). La eficacia de inactivación de la luz de 220 nm, que se considera segura para el cuerpo humano, fue aproximadamente la misma que la de la luz de 260 nm peligrosa para la salud tanto para BA.2 como para BA.5. Con base en las constantes de la tasa de inactivación determinadas por los métodos TCID50 y qPCR versus la longitud de onda UV, se determinaron los espectros de acción, y BA.2 y BA.5 mostraron casi los mismos espectros. Este resultado sugiere que ambas variantes tienen las mismas características de inactivación UV.

Con el brote mundial del síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) y la aparición de sus nuevas variantes, existe una gran demanda para desarrollar y demostrar tecnologías de desinfección eficientes para proteger contra diversos virus y bacterias patógenos1,2,3 . En este caso, las vacunas brindan una protección eficaz contra la infección; la eficacia y la velocidad de suministro de estas vacunas contra futuras variantes emergentes del SARS-CoV-2 no están claras en la etapa actual4. Por lo tanto, es importante preparar estrategias adicionales para mitigar los riesgos para la salud pública durante el período previo al desarrollo de la vacuna contra patógenos emergentes.

La desinfección mediante irradiación ultravioleta (UV) está atrayendo especial interés para reducir la transmisión del SARS-CoV-2 porque la irradiación UV ofrece un método eficaz y conveniente para la inactivación de microorganismos patógenos, incluido el SARS-CoV-25,6,7,8,9. 10. En particular, el rango de longitud de onda de 200 a 235 nm, a menudo denominado UVC lejano, ha atraído cada vez más atención como una nueva longitud de onda de desinfección. La luz UVC lejana muestra un fuerte efecto germicida sobre virus y bacterias patógenos11,12,13,14,15 y se ha demostrado que es inofensiva para las células de mamíferos debido al fuerte efecto de absorción de la capa del estrato córneo16,17,18,19. 20. Sin embargo, su perfil de seguridad en células de mamíferos ha sido mucho menos documentado y existen numerosos informes que sugieren que la luz UVC lejana no es tan segura como la irradiación mucho más allá de los niveles umbral21,22,23,24,25,26 ya que daña significativamente células epidérmicas, lo que lleva a la formación de eritema y dímeros de ciclopirimidina21,22,23,24,26.

Además, la dosis de inactivación que, según se informa, logra una cierta reducción logarítmica varía ampliamente, desde aproximadamente 1 a 20 mJ/cm25,10,27,28,29,30,31,32,33,34. Estas inconsistencias podrían deberse a las diversas condiciones experimentales y configuraciones empleadas. Por ejemplo, se han utilizado muchas fuentes de luz, como LED UV, lámparas excimer de KrCl y lámparas de descarga de vapor metálico, para inactivar el SARS-CoV-25,14,27,28,29,30,31,32,33. ,34; sin embargo, es difícil comparar la magnitud de la dosis y la eficacia de inactivación para estas diferentes regiones de longitud de onda UV debido a las diferencias tanto en las cepas de SARS-CoV-2 como en las condiciones experimentales, como el espectro de las fuentes de luz. Por lo tanto, existe una necesidad sustancial de experimentos sistemáticos con diferentes longitudes de onda UV y sin variación en otras condiciones experimentales.

En este artículo, describimos la eficacia de inactivación de las variantes ómicrón BA.2 y BA.5 del SARS-CoV-2 en una suspensión viral en función de la longitud de onda UV con un ancho de banda de 10 nm basado en la construcción de una fuente de irradiación sintonizable de longitud de onda UV. . Empleamos el método estándar de dosis de infección de cultivo de tejidos del 50 % (TCID50) y un ensayo cuantitativo de reacción en cadena de la polimerasa (qPCR) para detectar daños por rayos UV en el genoma viral. Hemos encontrado una fuerte correlación entre TCID50 y qPCR. Con base en las constantes de la tasa de inactivación determinadas por los métodos TCID50 y qPCR versus la longitud de onda UV, se determinaron los espectros de acción de BA.2 y BA.5, y estas dos variantes mostraron casi los mismos espectros. Este resultado sugiere que ambas variantes tienen las mismas características de inactivación UV y que los espectros de acción del SARS-CoV-2 se explican cuantitativamente por los espectros de absorción tanto del ARN como de la proteína, donde la capa de proteína protege el ARN de la luz ultravioleta.

Las células VeroE6/TMPRSS2 (células derivadas de riñón de mono verde africano que expresan TMPRSS2 humano) se obtuvieron del banco de células de la Colección Japonesa de Biorecursos de Investigación (JCRB) (#JCRB1819). Las células se cultivaron en medio Eagle modificado por Dulbecco (DMEM, bajo en glucosa, Sigma-Aldrich, #D6046) suplementado con suero bovino fetal al 10% (Gibco, #10270-106), penicilina/estreptomicina (Sigma-Aldrich, #P0781). y 1 mg/ml de G418 (Wako, n.° 070-06803) a 37 °C con 5 % de CO2. La concentración de células fue de aproximadamente 1,4 x 105 células/cm2.

Se obtuvieron dos tipos de variantes del SARS-CoV-2, omicron BA.2 (hCoV-19/Japan/TKYS02037/2022) y omicron BA.5 (hCoV-19/Japan/TKYS14631/2022), del Instituto Metropolitano de Asuntos Públicos de Tokio. Salud. Estos virus se propagaron en células VeroE6/TMPRSS2 cultivadas en medio A (DMEM que contiene penicilina/estreptomicina y 1 mg/ml de G418) para la infección y se incubaron durante 3 días a 37 °C con 5 % de CO2. Después de la infección, se recogió el sobrenadante que contenía el virus y se eliminaron los restos celulares mediante centrifugación a 3000 rpm (= 1700 g) durante 5 min. Luego se dividieron en alícuotas las reservas de virus y se almacenaron a -80 °C hasta su uso. Medimos la infectividad viral con el método estándar TCID50 para determinar el título viral de las muestras virales recolectadas. Los valores de TCID50/ml se calcularon 4 días después de la infección mediante el método de Behrens-Karber35. El título viral de BA.2 fue de 4,9 × 105 TCID50/mL y el de BA.5 fue de 2,1 × 105 TCID50/mL.

El ARN del SARS-CoV-2 se extrajo de las muestras virales recolectadas de cada pocillo utilizando el reactivo TRIzol siguiendo el protocolo del fabricante. La RT‒qPCR para SARS-CoV-2 se realizó utilizando un kit de reactivos PrimeScript RT con gDNA Eraser (Takara Bio Inc., #RR047A) de acuerdo con el protocolo del fabricante. La qPCR se realizó utilizando TB Green Premix Ex Taq (Takara Bio Inc., #RR420A) de acuerdo con el protocolo del fabricante. Se utilizaron los siguientes cebadores: qCoV2 forward, 5´-GCCTCTTCTCGTTCCTCATCAC-3´; qCoV2 inverso, 5´-AGCAGCATCACCGCCATTG-3´; Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) adelante, 5´-ACACCCACTCCTCCACCTTT-3´; y GAPDH inverso, 5´-TAGCCAAATTCGTTGTCATACC-3´. El ciclado térmico se llevó a cabo de la siguiente manera: desnaturalización inicial a 95 °C durante 30 s, 40 ciclos de desnaturalización a 95 °C durante 5 s y un recocido/extensión final a 60 °C durante 30 s. Para BA.2, el valor del ciclo umbral (Ct) sin irradiación UV fue Ct = 13 y el de con irradiación UV (260 nm, 18 mJ/cm2) fue Ct = 16. Para BA.5, Ct = 13 sin UV irradiación y Ct = 17 con irradiación UV (260 nm, 18 mJ/cm2). En ambos casos, utilizamos GAPDH como gen de referencia y su valor Ct fue 27. Como tinte para teñir el ADN, utilizamos SYBR@FAM para la detección de fluorescencia. Establecimos la intensidad fluorescente en el nivel 10 (software del sistema en tiempo real Thermal Cycler Dice, Thermo Fisher Scientific Inc. Massachusetts, EE. UU.) para determinar todos los valores de Ct. Todos los experimentos con SARS-CoV-2 se realizaron en una instalación de contención de nivel de bioseguridad 3 (BSL3) en la Universidad de Kumamoto.

Aplicamos irradiación UV de 200 a 260 nm para inactivar suspensiones de virus. Para cada longitud de onda variamos la dosis de 0 a 18 mJ/cm2. Se irradió un total de 600 μl de suspensión viral (200 μl de stock de virus mezclado con 400 μl de PBS) para cada longitud de onda y dosis. Se sembraron células VeroE6/TMPRSS2 en placas de 96 pocillos para ensayos TCID50 y en placas de 24 pocillos para qPCR un día antes de la infección. Justo antes de los experimentos de infección, se aspiró el medio de las células VeroE6/TMPRSS2 y se añadieron 50 µl del medio A a cada pocillo. Utilizamos el método TCID50 para determinar la infectividad viral. Se sembraron suspensiones de virus inactivados o de virus de control en la primera columna, y luego las suspensiones diluidas tres veces se sembraron sucesivamente en las columnas adyacentes. Esta dilución en placas se realizó para los 96 pocillos. Los 96 pocillos sembrados se incubaron durante una hora a 37 °C. Después de la incubación, se aspiraron los sobrenadantes virales y se agregaron a cada pocillo 100 μl de medio B (DMEM suplementado con 10 % de FBS, penicilina/estreptomicina y 1 mg/ml de G418) para cultivo. La placa se incubó durante cuatro días a 37 °C en CO2 al 5%. Los efectos citopáticos (CPE) se calificaron bajo un microscopio de campo brillante (10 ×) como vacuolización del citoplasma, redondeo celular y desprendimiento. Los valores de TCID50/mL se calcularon mediante el método de Behrens-Karber35. La integridad del genoma viral se analizó mediante la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa con transcripción inversa (RT‒qPCR). Utilizamos las mismas suspensiones de virus inactivados que las utilizadas en el ensayo TCID50 sin dilución. Se sembró una suspensión viral de 100 µl en células VeroE6/TMPRSS2 en una placa multipocillo de 24 pocillos. Esta placa se incubó durante una hora a 37 °C en CO2 al 5%. Después de la incubación, se aspiraron los sobrenadantes virales y luego se agregaron 500 μL del medio B a cada pocillo. Esta placa se incubó durante un día a 37 °C en CO2 al 5%. El ARN del SARS-CoV-2 se extrajo de las muestras virales recolectadas de cada placa utilizando el reactivo TRIzol (Thermo Fisher, n.° 15,596,018). Todos los resultados experimentales se informan como medias en 3 repeticiones.

La Figura 1a muestra la fuente de luz UV sintonizable en longitud de onda utilizada para comparar la eficacia de la región de luz UV lejana (200–230 nm) y la región de luz UV profunda (DUV) (230–260 nm). Como fuente de emisión de banda ancha se utilizó una fuente de luz impulsada por láser (LDLS EQ-99X, Energetiq Technology, Inc. Wilmington, EE. UU.), que emite radiación de 170 a 2100 nm. La emisión se seleccionó utilizando un filtro de paso de banda UV de 200 a 260 nm (200 nm, 220 nm, 240 nm y 260 nm) con un ancho de banda de 10 nm (Edmond Optics Japan, Tokio, Japón). El espectro de radiación UV al que estuvo expuesto el virus, que se muestra en la Fig. 1b, se midió con un espectrómetro a través de una fibra óptica. La suspensión viral (600 µl) se añadió a un único pocillo (10 mm de diámetro) de una microplaca (48 pocillos) y, durante la irradiación UV, la suspensión viral se agitó con un agitador de microplacas (TM-1FN, AS ONE Corp. Osaka, Japón). La irradiancia de la radiación UV a la que estuvo expuesto el virus se midió colocando un fotodiodo de Si extendido con UV con una apertura de 10 mm (S120VC, Thorlabs Inc. Nueva Jersey, EE. UU.) en la superficie de la suspensión viral.

(a) Configuración óptica del sistema de inactivación UV sintonizable por longitud de onda, (b) espectro de transmisión y (c) espectros de absorbancia de DMEM diluido con PBS. Se utilizó como fuente de emisión de banda ancha una fuente de luz impulsada por láser, que emite radiación de 170 a 2100 nm, y la emisión se seleccionó mediante el uso de un filtro de paso de banda UV de 200 a 260 nm con un ancho de banda de 10 nm. Usamos una solución DMEM:PBS = 1:2 (línea azul) porque la absorbancia entre 200 y 260 nm es aproximadamente de la misma magnitud.

Generalmente, el medio A se utiliza para mantener la viabilidad e infectividad viral, y este medio contiene proteínas y aminoácidos que absorben fuertemente la luz ultravioleta36,37,38. Para extraer las partículas virales del medio A, se puede utilizar una ultracentrifugación seguida de un intercambio de tampón. Sin embargo, se señalan diversos problemas como la descamación de la proteína S durante la ultracentrifugación39,40,41. Por lo tanto, para medir la viabilidad e infectividad correctas frente a la irradiación UV, la absorbancia de la solución viral se ajustó mediante dilución de PBS42. Los espectros de absorbancia de DMEM diluido con PBS se midieron utilizando un espectrómetro UV-visible a través de una fibra óptica (BIM-6002A, Brolight Technology Corporation, Hangzhou, China). Aquí, todos los espectros de absorbancia se calibraron mediante una fuente de luz estándar de xenón de 150 W calibrada espectralmente con una longitud de onda de emisión de 185 a 2000 nm (L7810-03, Hamamatsu Photonics Corporation, Hamamatsu, Japón), y una celda de sílice fundida con un óptico. Se utilizó una longitud de trayectoria de 1 cm (T-3-ES-10, Tosoh Quartz Corporation, Tokio, Japón) para las mediciones de absorbancia. Como se muestra en la Fig. 1c, DMEM exhibió picos de absorción a aproximadamente 230 nm y 280 nm, que se debieron a proteínas o aminoácidos en DMEM. La absorbancia del PBS (no mostrado), que contiene NaCl, KCl y fosfato de sodio, fue mucho menor que 0,1 cm−1 en todas las longitudes de onda (200–300 nm). Para evitar la influencia de la absorción por los componentes de DMEM, la suspensión viral podría diluirse con PBS. Sin embargo, en este caso, el título del virus también disminuiría. Por lo tanto, utilizamos una solución DMEM:PBS = 1:2 (línea azul), para la cual la absorbancia a 200 nm, 220 nm, 240 nm y 260 nm no mostró magnitudes significativamente diferentes (α200 nm = 0,12 cm-1, α220 nm = 0,32 cm-1, α240 nm = 0,30 cm-1 y α260 nm = 0,35 cm-1). La suspensión viral utilizada aquí tenía 0,6 cm de altura (L). La irradiancia a la que estuvo expuesto el virus difirió hasta un 30% entre las capas superior e inferior; por ejemplo, 30 µW/cm2 para la capa superior y 20 µW/cm2 para la capa inferior a la longitud de onda de 260 nm. Por lo tanto, para determinar correctamente la irradiancia efectiva (Ie), restamos la pérdida por reflexión (R) en la interfaz aire/suspensión y promediamos el efecto de absorción en la dirección de la altura como

donde I0 es la irradiancia medida en la capa superior. La pérdida por reflexión se determinó utilizando la ecuación de Fresnel43, y R es aproximadamente de 0,02 a 0,03, ya que suponemos que el índice de refracción de la suspensión tiene un valor similar al del agua44,45. Basado en la irradiancia determinada por la ecuación. (1), la dosis se varió de 0 a 18 mJ/cm2 (0 mJ/cm2, 3 mJ/cm2, 6 mJ/cm2, 9 mJ/cm2 y 18 mJ/cm2) cambiando la duración de la irradiación UV.

Todos los protocolos fueron revisados y aprobados por el Comité de Ética de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de Kumamoto (número de aprobación 49).

La inactivación de los omicrones BA.2 y BA.5 del SARS-CoV-2 utilizando la fuente de luz UV sintonizable de longitud de onda se presenta en la Fig. 2 (a; 200 nm), (b; 220 nm), (c; 240 nm) y (d; 260 nm) en función de la dosis de UV. Según la comparación de la Fig. 2b, d, omicron BA.2 y BA.5 muestran aproximadamente la misma reducción en la infectividad viral (círculos sólidos) y en la amplificación de ARN (cuadrados sólidos) para ambos 220 nm (BA.2: verde oscuro, BA.5: verde claro) y 260 nm (BA.2: rojo oscuro, BA.5: rojo claro) irradiación UV. Este resultado indica que las variantes BA.2 y BA.5 tienen casi las mismas propiedades de inactivación de la irradiación UV. El hecho de que las tasas de inactivación obtenidas con luz de 220 nm muestren aproximadamente el mismo valor que las obtenidas con luz de 260 nm resalta la importancia de la desinfección con luz UVC lejana porque la luz UVC lejana está atrayendo especial atención como luz germicida segura para el ser humano. cuerpo16,17,18,19,20.

Inactivación de SARS-CoV-2 BA.2 y BA.5 utilizando la fuente de luz UV de longitud de onda sintonizable. Inactivación a (a) 200 nm (BA.2; azul), (b) 220 nm (BA.2; verde oscuro, BA.5; verde claro), (c) 240 nm (BA.2; naranja), y (d) 260 nm (BA.2; rojo oscuro, BA.5; rojo claro) en función de la dosis de UV. Los círculos sólidos muestran la infectividad viral obtenida mediante el ensayo TCID50, y los cuadrados sólidos muestran la reducción en la amplificación de ARN determinada por qPCR, donde se usó la proporción relativa a la de los controles no expuestos. Las constantes de la tasa de inactivación en cada longitud de onda se determinaron mediante líneas de regresión lineal (línea continua: TCID50, línea discontinua: qPCR). Estas constantes de tasa de inactivación lineal para cada longitud de onda se resumen en la Tabla 1.

La Figura 2 muestra una correlación entre la reducción de la infectividad viral (círculos sólidos) y la reducción de la amplificación del ARN (cuadrados sólidos) para estas longitudes de onda de irradiación UV. La constante de tasa de inactivación más alta (Γ, cm2/mJ) se obtuvo a 260 nm; para la infectividad del cultivo celular, la tasa de BA.2 fue 0,40 (p < 0,05) y la de BA.5 fue 0,38 (p < 0,05); para el ensayo qPCR que analiza fragmentos de 111 pb, la tasa de BA.2 fue de 0,25 (p <0,05) y la tasa de BA.5 fue de 0,23 (p <0,05). Estas constantes de tasa de inactivación lineal (cm2/mJ) para cada longitud de onda se resumen en la Tabla 1. Como se muestra en la Fig. 2 y la Tabla 1, las tasas obtenidas son diferentes entre TCID50 y qPCR. Sin embargo, existe una correlación entre estas constantes de velocidad. Se considera que tanto la diferencia como la correlación entre las tasas de TCID50 y qPCR se originan en el hecho de que el TCID50 mide el número de virus infecciosos, mientras que el qPCR mide tanto los virus infecciosos como los no infecciosos.

La Figura 3a muestra la sensibilidad espectral (espectros de acción) de la inactivación del omicrón BA.2 del SARS-CoV-2 (círculos rojos) y del daño del genoma (cuadrados rojos) y de la inactivación del omicrón BA.5 (círculos anaranjados) y del daño del genoma (cuadrados anaranjados) determinado calculando las constantes de la tasa de inactivación en relación con sus valores máximos a 260 nm. Tanto las sensibilidades espectrales obtenidas mediante ensayos TCID50 como las obtenidas mediante ensayos qPCR coinciden al multiplicar las constantes de tasa de inactivación obtenidas mediante qPCR por 1,6, lo que muestra la correlación entre estos métodos. En particular, la sensibilidad espectral obtenida es casi idéntica a la obtenida por Schuit et al.7.

(a) Sensibilidad espectral (espectros de acción) de la inactivación de SARS-CoV-2 BA.2 y BA.5 (BA.2: círculos rojos, BA.5: círculos naranjas) y daño del genoma (BA.2: cuadrados rojos, BA .5: cuadrados naranjas), obtenidos calculando las constantes de la tasa de inactivación en relación con sus valores máximos a 260 nm. Tanto las sensibilidades espectrales obtenidas por el ensayo TCID50 como por qPCR coinciden entre sí después de multiplicar las constantes de tasa de inactivación obtenidas por qPCR por 1,6. A modo de comparación se muestra también la sensibilidad espectral de E. coli determinada mediante experimentos con CFU (rombo azul). La línea azul continua y la línea roja continua son espectros de acción teóricamente ajustados para el SARS-CoV-2 (línea roja) y E. coli (línea azul) determinados ponderando el coeficiente de absorción de la capa de proteína (línea marrón discontinua) con el del ADN. o ARN (línea verde discontinua), donde el espectro de acción del SARS-CoV-2 está ajustado por αSARS (λ) = αDNA (λ)–1,1 × αPROTEÍNA (λ) (línea roja) y αE. Coli (λ) = αDNA (λ)–0,85 × αPROTEÍNA (λ) (línea azul), respectivamente. (b) Modelo de protección de irradiancia UV (mW/cm2) para una capa de proteína para explicar la diferencia en la sensibilidad espectral entre SARS-CoV-2 y E. coli por debajo de 240 nm.

A modo de comparación, en esta figura también se muestra la sensibilidad espectral de Escherichia coli (E. coli) determinada mediante un experimento de unidad formadora de colonias (UFC) (rombo azul)46. La figura destaca aproximadamente el mismo valor para la inactivación del SARS-CoV-2 BA.2 y BA.5, el daño del genoma del SARS-CoV-2 BA.2 y BA.5 y la inactivación de E. coli, es decir, por encima de 240 nm. Estos valores están alineados con el espectro de absorbancia del ARN, que se muestra con la línea verde discontinua47,48. Sin embargo, las constantes de la tasa de inactivación, así como el daño del genoma, muestran diferencias significativas entre las variantes del SARS-CoV-2 y la E. coli por debajo de 240 nm.

Si consideramos que tanto la absorbancia del ARN como la de las proteínas desempeñan un papel en la inactivación, esta diferencia por debajo de la región de 240 nm puede entenderse cuantitativamente considerando el grosor de la capa de proteína que cubre el ADN o el ARN, como se muestra en la figura 3b. Es decir, el ADN de E. coli está cubierto por una gruesa capa de proteína, mientras que el ARN del SARS-CoV-2 está cubierto por una fina capa de proteína. Esta capa de proteína absorbe fuertemente la luz ultravioleta por debajo de 240 nm (efecto escudo); por lo tanto, la irradiancia UV (mW/cm2) del ADN de E. coli se reduce significativamente en comparación con la del ARN del SARS-CoV-2. La línea azul continua y la línea roja continua que se muestran en la Fig. 3a son espectros de acción teóricamente ajustados para el SARS-CoV-2 (línea roja) y E. coli (línea azul) determinados ponderando el coeficiente de absorción de la capa de proteína (línea marrón discontinua). ) al del ADN o ARN (línea verde discontinua)47,48, donde el espectro de acción del SARS-CoV-2 se ajusta mediante αSARS (λ) = αDNA (λ)–1,1 × αPROTEÍNA (λ) y αE. coli (λ) = αDNA (λ)–0,85 × αPROTEÍNA (λ), respectivamente. En particular, el análisis teórico anterior se basa en el hecho de que la excitación de los enlaces peptídicos juega un papel menor tanto en la modificación del ARN como en la inactivación bacteriana porque la proteína consta de una cantidad mucho mayor de moléculas que el ADN y la proteína puede repararse utilizando información genética cuando sea necesario. ,50,51.

Como se muestra en la Tabla 1, determinamos las constantes de la tasa de inactivación lineal (cm2/mJ) de BA.2 y BA.5 para cada longitud de onda UV. Estos valores se obtuvieron utilizando una suspensión viral y fueron significativamente diferentes de los valores obtenidos para el coronavirus en aerosoles12. Por ejemplo, existe una gran diferencia en la constante de tasa de inactivación a 220 nm obtenida aquí (suspensión: 0,28 cm2/mJ) y la informada por Buonanno et al. (aerosol: 4-6 cm2/mJ)12. Es probable que algunos mecanismos físicos y/o bioquímicos sean responsables de esta gran diferencia. Observamos aquí que esta gran diferencia entre las suspensiones en aerosol y líquidas es ampliamente reconocida para muchos virus, como el SARS-CoV10,52, el virus de la hepatitis murina (MHV) coronavirus53, el adenovirus serotipo 2 (VR-846)53, el virus de la influenza H1N113,54 y el bacteriófago MS253. Esta comparación muestra la clara mejora de la eficacia en aerosoles en comparación con la de las suspensiones líquidas, independientemente del tamaño del virus (90-100 nm o 30-40 nm), el tipo de ácido nucleico (ADN o ARN) y la estructura viral. (desnudo o envuelto). La diferencia se entiende cuantitativamente basándose en la teoría de dispersión óptica de Mie55,56. Nuestro cálculo muestra que la constante de tasa de inactivación en el estado de aerosol aumenta en un factor de 10 en comparación con la de la suspensión líquida. La evaluación cuantitativa del factor de mejora en función del tamaño de la gota se proporciona en Información complementaria (Fig. S1). Por lo tanto, el efecto de dispersión de Mie es un posible candidato para explicar esta mejora significativa de la irradiancia UV dentro de una gota de aerosol.

Las constantes de velocidad de inactivación obtenidas a 220 nm son menores que las obtenidas a 260 nm. Sin embargo, si consideramos el nivel umbral que se puede irradiar al cuerpo humano57,58, la radiación UVC lejana (220 nm) puede ser eficaz en comparación con la radiación UVC profunda (260 nm). Por ejemplo, la cantidad total de radiación UV que se puede irradiar por día es de 25 mJ/cm2 para 220 nm y de 3 mJ/cm2 para 260 nm57,58. Multiplicar estos valores por las constantes de velocidad obtenidas aquí produce una eficacia de inactivación de 3 log a 220 nm, mientras que solo se puede obtener una eficacia de inactivación del 30% con una irradiación de 260 nm. Por lo tanto, considerando el nivel de seguridad para el cuerpo humano, la UVC lejana puede inactivar eficientemente el SARS-CoV-2 en comparación con la región de longitud de onda UVC generalmente utilizada (250-270 nm).

Hasta donde sabemos, esta es la primera investigación del efecto de la susceptibilidad a los rayos UV del omicrón BA.2 y BA.5 del SARS-CoV-2. Determinamos la constante de la tasa de inactivación mediante los métodos TCID50 y qPCR en función de la longitud de onda de la irradiación UV. La sensibilidad espectral de las variantes omicrónicas del SARS-CoV-2 se derivó de estas constantes de tasa de inactivación. La diferencia en las constantes de la tasa de inactivación obtenidas por TCID50 y qPCR es un problema por resolver. El hecho de que la eficacia de inactivación de la luz de 220 nm sea aproximadamente la misma que la de la luz de 260 nm muestra un aspecto prometedor de que la luz UVC lejana se puede utilizar para prevenir la transmisión de virus por el aire de una manera sencilla y segura.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Descargar referencias

Los autores agradecen a Hiroyuki Oshiumi (Universidad de Kumamoto) y Terumasa Ikeda (Universidad de Kumamoto) por brindar asesoramiento sobre los experimentos de infección. Todos los experimentos con SARS-CoV-2 se realizaron en una instalación de contención BSL3 en la Universidad de Kumamoto (número de aprobación 20). Este trabajo fue apoyado por una subvención para la investigación en la Universidad de la ciudad de Nagoya (número de subvención 2121102), una subvención para el programa de investigación sobre hepatitis de la Agencia Japonesa para la Investigación y el Desarrollo Médico (AMED 20he0622003h0001), intramuros Beca de investigación colaborativa sobre infecciones en el Centro Conjunto de Investigación para la Infección por Retrovirus Humanos de la Universidad de Kumamoto y el Proyecto de Activación y Adquisición del Fondo de Investigación Externa de la Universidad de Kumamoto.

Departamento de Gastroenterología y Hepatología, Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad de Kumamoto, Kumamoto, 860-8556, Japón

Nahoko Fujimoto, Katsuya Nagaoka, Yasuhito Tanaka y Takahiro Matsumoto

Escuela de Graduados en Ciencias Médicas, Universidad de la Ciudad de Nagoya, Nagoya, 467-8601, Japón

Ichiro Tatsuno, Hisashi Oishi, Tadao Hasegawa y Takahiro Matsumoto

Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad de Shizuoka, Shizuoka, 422-8529, Japón

Makoto Tomita

Escuela de Graduados en Diseño y Arquitectura, Universidad de la Ciudad de Nagoya, Nagoya, 464-0083, Japón

Takahiro Matsumoto

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NF es el primer autor. IT, MT y TM contribuyeron al diseño del sistema de inactivación UV sintonizable por longitud de onda. NF, KN, HO, YT y TM realizaron los experimentos omicron BA.2 TCID50 y qPCR del SARS-CoV-2. IT y TH realizaron los experimentos de inactivación de E. coli. KN, YT y TH aportaron su experiencia en la preparación, enumeración y ensayos de infectividad de virus. HO, TM y MT construyeron y analizaron el modelo de dispersión de Mie que describe la mejora en la eficacia de la inactivación en una gota de aerosol. Todos los autores leyeron y aprobaron este manuscrito enviado.

Correspondencia a Takahiro Matsumoto.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Fujimoto, N., Nagaoka, K., Tatsuno, I. et al. Dependencia de la longitud de onda de la inactivación de la luz ultravioleta para las variantes ómicrones del SARS-CoV-2. Representante científico 13, 9706 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36610-6

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Recibido: 01 de noviembre de 2022

Aceptado: 07 de junio de 2023

Publicado: 15 de junio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36610-6

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