Elektromagnētisko viļņu ietekme uz patogēniem vīrusiem un ar tiem saistītajiem mehānismiem: apskats žurnālā "Virusoloģija"

Patogēnas vīrusu infekcijas ir kļuvušas par nopietnu sabiedrības veselības problēmu visā pasaulē. Vīrusi var inficēt visus šūnu organismus un izraisīt dažādas pakāpes bojājumus un traumas, izraisot slimības un pat nāvi. Ņemot vērā ļoti patogēnu vīrusu, piemēram, smagā akūtā respiratorā sindroma koronavīrusa 2 (SARS-CoV-2), izplatību, ir steidzami jāizstrādā efektīvas un drošas metodes patogēno vīrusu inaktivēšanai. Tradicionālās patogēno vīrusu inaktivācijas metodes ir praktiskas, taču tām ir daži ierobežojumi. Pateicoties augstai iespiešanās spējai, fiziskajai rezonansei un piesārņojuma neesamībai, elektromagnētiskie viļņi ir kļuvuši par potenciālu patogēno vīrusu inaktivācijas stratēģiju un piesaista arvien lielāku uzmanību. Šajā rakstā sniegts pārskats par jaunākajām publikācijām par elektromagnētisko viļņu ietekmi uz patogēniem vīrusiem un to mehānismiem, kā arī par elektromagnētisko viļņu izmantošanas perspektīvām patogēno vīrusu inaktivācijā, kā arī par jaunām idejām un metodēm šādai inaktivācijai.
Daudzi vīrusi izplatās ātri, ilgstoši saglabājas, ir ļoti patogēni un var izraisīt globālas epidēmijas un nopietnus veselības riskus. Profilakse, atklāšana, testēšana, izskaušana un ārstēšana ir galvenie soļi, lai apturētu vīrusa izplatību. Ātra un efektīva patogēno vīrusu likvidēšana ietver profilaktisko, aizsargājošo un avota likvidēšanu. Patogēno vīrusu inaktivācija ar fizioloģisku iznīcināšanu, lai samazinātu to infekciozitāti, patogenitāti un reproduktīvo spēju, ir efektīva to likvidēšanas metode. Tradicionālās metodes, tostarp augsta temperatūra, ķīmiskās vielas un jonizējošais starojums, var efektīvi inaktivēt patogēnos vīrusus. Tomēr šīm metodēm joprojām ir daži ierobežojumi. Tāpēc joprojām ir steidzami jāizstrādā inovatīvas stratēģijas patogēno vīrusu inaktivācijai.
Elektromagnētisko viļņu emisijai ir tādas priekšrocības kā augsta iekļūšanas jauda, ​​ātra un vienmērīga uzsilšana, rezonanse ar mikroorganismiem un plazmas izdalīšanās, un tiek sagaidīts, ka tā kļūs par praktisku metodi patogēnu vīrusu inaktivācijai [1,2,3]. Elektromagnētisko viļņu spēja inaktivēt patogēnus vīrusus tika pierādīta pagājušajā gadsimtā [4]. Pēdējos gados elektromagnētisko viļņu izmantošana patogēnu vīrusu inaktivācijai ir piesaistījusi arvien lielāku uzmanību. Šajā rakstā ir aplūkota elektromagnētisko viļņu ietekme uz patogēniem vīrusiem un to mehānismiem, kas var kalpot kā noderīgs ceļvedis fundamentālajiem un lietišķajiem pētījumiem.
Vīrusu morfoloģiskās īpašības var atspoguļot tādas funkcijas kā izdzīvošana un infekciozitāte. Ir pierādīts, ka elektromagnētiskie viļņi, īpaši īpaši īpaši augstas frekvences (UHF) un īpaši augstas frekvences (EHF) elektromagnētiskie viļņi, var izjaukt vīrusu morfoloģiju.
Bakteriofāgs MS2 (MS2) bieži tiek izmantots dažādās pētniecības jomās, piemēram, dezinfekcijas novērtēšanā, kinētiskajā modelēšanā (ūdens vidē) un vīrusu molekulu bioloģiskajā raksturošanā [5, 6]. Vu atklāja, ka mikroviļņi ar frekvenci 2450 MHz un jaudu 700 W izraisīja MS2 ūdens fāgu agregāciju un ievērojamu saraušanos pēc 1 minūtes ilgas tiešas apstarošanas [1]. Pēc turpmākas izpētes tika novērots arī MS2 fāga virsmas plīsums [7]. Kačmarčiks [8] pakļāva koronavīrusa 229E (CoV-229E) paraugu suspensijas milimetru viļņiem ar frekvenci 95 GHz un jaudas blīvumu no 70 līdz 100 W/cm2 0,1 s. Vīrusa raupjajā sfēriskajā apvalkā var atrast lielus caurumus, kas noved pie tā satura zuduma. Elektromagnētisko viļņu iedarbība var būt postoša vīrusu formām. Tomēr morfoloģisko īpašību, piemēram, formas, diametra un virsmas gluduma, izmaiņas pēc vīrusa iedarbības ar elektromagnētisko starojumu nav zināmas. Tāpēc ir svarīgi analizēt saistību starp morfoloģiskajām iezīmēm un funkcionāliem traucējumiem, kas var sniegt vērtīgus un ērtus rādītājus vīrusu inaktivācijas novērtēšanai [1].
Vīrusu struktūra parasti sastāv no iekšējās nukleīnskābes (RNS vai DNS) un ārējā kapsīda. Nukleīnskābes nosaka vīrusu ģenētiskās un replikācijas īpašības. Kapsīds ir regulāri izvietotu olbaltumvielu apakšvienību ārējais slānis, vīrusu daļiņu pamata karkass un antigēna sastāvdaļa, kā arī aizsargā nukleīnskābes. Lielākajai daļai vīrusu ir apvalka struktūra, kas sastāv no lipīdiem un glikoproteīniem. Turklāt apvalka olbaltumvielas nosaka receptoru specifiskumu un kalpo kā galvenie antigēni, ko saimnieka imūnsistēma var atpazīt. Pilnīgā struktūra nodrošina vīrusa integritāti un ģenētisko stabilitāti.
Pētījumi liecina, ka elektromagnētiskie viļņi, īpaši UHF elektromagnētiskie viļņi, var bojāt slimību izraisošo vīrusu RNS. Vu [1] tieši pakļāva MS2 vīrusa ūdens vidi 2 minūtes 2450 MHz mikroviļņiem un analizēja gēnus, kas kodē A proteīnu, kapsīda proteīnu, replikāzes proteīnu un šķelšanās proteīnu, izmantojot gēla elektroforēzi un reversās transkripcijas polimerāzes ķēdes reakciju (RT-PCR). Šie gēni tika pakāpeniski iznīcināti, palielinoties jaudas blīvumam, un pat izzuda pie lielākā jaudas blīvuma. Piemēram, A proteīna gēna (934 bp) ekspresija ievērojami samazinājās pēc elektromagnētisko viļņu iedarbības ar jaudu 119 un 385 W un pilnībā izzuda, kad jaudas blīvums tika palielināts līdz 700 W. Šie dati liecina, ka elektromagnētiskie viļņi atkarībā no devas var iznīcināt vīrusu nukleīnskābju struktūru.
Jaunākie pētījumi liecina, ka elektromagnētisko viļņu ietekme uz patogēniem vīrusu proteīniem galvenokārt balstās uz to netiešo termisko ietekmi uz mediatoriem un netiešo ietekmi uz olbaltumvielu sintēzi nukleīnskābju iznīcināšanas dēļ [1, 3, 8, 9]. Tomēr atermiskā iedarbība var mainīt arī vīrusu olbaltumvielu polaritāti vai struktūru [1, 10, 11]. Elektromagnētisko viļņu tiešā ietekme uz patogēno vīrusu fundamentāliem strukturāliem/nestrukturāliem proteīniem, piemēram, kapsīdu proteīniem, apvalka proteīniem vai tapas proteīniem, joprojām prasa turpmākus pētījumus. Nesen tika ierosināts, ka 2 minūtes elektromagnētiskā starojuma ar frekvenci 2,45 GHz un jaudu 700 W var mijiedarboties ar dažādām olbaltumvielu lādiņu frakcijām, veidojot karstos punktus un svārstīgus elektriskos laukus, izmantojot tīri elektromagnētiskus efektus [12].
Patogēna vīrusa apvalks ir cieši saistīts ar tā spēju inficēt vai izraisīt slimības. Vairākos pētījumos ir ziņots, ka UHF un mikroviļņu elektromagnētiskie viļņi var iznīcināt slimību izraisošu vīrusu apvalkus. Kā minēts iepriekš, koronavīrusa 229E vīrusa apvalkā var konstatēt atšķirīgus caurumus pēc 0,1 sekundes ilgas iedarbības ar 95 GHz milimetru vilni ar jaudas blīvumu no 70 līdz 100 W/cm2 [8]. Elektromagnētisko viļņu rezonanses enerģijas pārneses efekts var radīt pietiekamu stresu, lai iznīcinātu vīrusa apvalka struktūru. Apvalkotiem vīrusiem pēc apvalka plīsuma infekciozitāte vai kāda aktivitāte parasti samazinās vai tiek pilnībā izzudusi [13, 14]. Jangs [13] pakļāva H3N2 (H3N2) gripas vīrusu un H1N1 (H1N1) gripas vīrusu mikroviļņiem attiecīgi ar 8,35 GHz, 320 W/m² un 7 GHz, 308 W/m² jaudu 15 minūtes. Lai salīdzinātu patogēnu vīrusu RNS signālus, kas pakļauti elektromagnētiskajiem viļņiem, un fragmentēta modeļa RNS signālus, kas vairākus ciklus tika sasaldēti un nekavējoties atkausēti šķidrā slāpeklī, tika veikta RT-PCR. Rezultāti parādīja, ka abu modeļu RNS signāli ir ļoti konsekventi. Šie rezultāti liecina, ka pēc mikroviļņu starojuma iedarbības vīrusa fiziskā struktūra ir izjaukta un apvalka struktūra ir iznīcināta.
Vīrusa aktivitāti var raksturot ar tā spēju inficēt, replicēties un transkribēt. Vīrusu infekciozitāti vai aktivitāti parasti novērtē, mērot vīrusu titrus, izmantojot plākšņu testus, audu kultūras vidējo infekciozo devu (TCID50) vai luciferāzes reportiera gēna aktivitāti. Bet to var novērtēt arī tieši, izolējot dzīvu vīrusu vai analizējot vīrusa antigēnu, vīrusa daļiņu blīvumu, vīrusa izdzīvošanu utt.
Ir ziņots, ka UHF, SHF un EHF elektromagnētiskie viļņi var tieši inaktivēt vīrusu aerosolus vai ūdenī esošus vīrusus. Vu [1] pakļāva laboratorijas smidzinātāja ģenerētu MS2 bakteriofāga aerosolu elektromagnētiskajiem viļņiem ar frekvenci 2450 MHz un jaudu 700 W 1,7 minūtes, savukārt MS2 bakteriofāga izdzīvošanas rādītājs bija tikai 8,66%. Līdzīgi kā MS2 vīrusu aerosols, 91,3% MS2 ūdens šķīduma tika inaktivēti 1,5 minūšu laikā pēc tādas pašas elektromagnētisko viļņu devas iedarbības. Turklāt elektromagnētiskā starojuma spēja inaktivēt MS2 vīrusu bija pozitīvi korelēta ar jaudas blīvumu un iedarbības laiku. Tomēr, kad deaktivācijas efektivitāte sasniedz maksimālo vērtību, deaktivācijas efektivitāti nevar uzlabot, palielinot iedarbības laiku vai palielinot jaudas blīvumu. Piemēram, MS2 vīrusa minimālais izdzīvošanas rādītājs bija no 2,65% līdz 4,37% pēc iedarbības ar 2450 MHz un 700 W elektromagnētiskajiem viļņiem, un, palielinoties iedarbības laikam, netika konstatētas būtiskas izmaiņas. Sidharta [3] apstaroja šūnu kultūras suspensiju, kas saturēja C hepatīta vīrusu (HCV)/1. tipa cilvēka imūndeficīta vīrusu (HIV-1), ar elektromagnētiskajiem viļņiem 2450 MHz frekvencē un 360 W jaudu. Viņi atklāja, ka vīrusa titri ievērojami samazinājās pēc 3 minūšu iedarbības, kas norāda, ka elektromagnētisko viļņu starojums ir efektīvs pret HCV un HIV-1 infekciozitāti un palīdz novērst vīrusa pārnešanu pat tad, ja tie tiek pakļauti kopīgai iedarbībai. Apstarojot HCV šūnu kultūras un HIV-1 suspensijas ar zemas jaudas elektromagnētiskajiem viļņiem 2450 MHz, 90 W vai 180 W frekvenci, netika novērotas izmaiņas vīrusa titrā, ko noteica luciferāzes reportiera aktivitāte, un tika novērotas būtiskas izmaiņas vīrusu infekciozitātē. Apstarojot 600 un 800 W jaudu 1 minūti, abu vīrusu infekciozitāte būtiski nesamazinājās, kas, domājams, ir saistīts ar elektromagnētisko viļņu starojuma jaudu un kritiskās temperatūras iedarbības laiku.
Kačmarčiks [8] pirmo reizi pierādīja EHF elektromagnētisko viļņu letalitāti pret ūdenī pārnēsājamiem patogēniem vīrusiem 2021. gadā. Viņi pakļāva koronavīrusa 229E vai poliovīrusa (PV) paraugus elektromagnētiskajiem viļņiem ar frekvenci 95 GHz un jaudas blīvumu no 70 līdz 100 W/cm2 2 sekundes. Abu patogēno vīrusu inaktivācijas efektivitāte bija attiecīgi 99,98% un 99,375%. Kas norāda, ka EHF elektromagnētiskajiem viļņiem ir plašas pielietojuma iespējas vīrusu inaktivācijas jomā.
Vīrusu UHF inaktivācijas efektivitāte ir novērtēta arī dažādos materiālos, piemēram, mātes pienā un dažos mājās parasti izmantotos materiālos. Pētnieki pakļāva anestēzijas maskas, kas piesārņotas ar adenovīrusu (ADV), 1. tipa poliovīrusu (PV-1), 1. herpesvīrusu (HV-1) un rinovīrusu (RHV), elektromagnētiskajam starojumam ar frekvenci 2450 MHz un jaudu 720 vati. Viņi ziņoja, ka ADV un PV-1 antigēnu testi kļuva negatīvi, un HV-1, PIV-3 un RHV titri samazinājās līdz nullei, kas norāda uz visu vīrusu pilnīgu inaktivāciju pēc 4 minūšu iedarbības [15, 16]. Elhafi [17] tieši pakļāva mikroviļņu krāsnij 2450 MHz, 900 W mikroviļņu krāsnī uztriepes, kas inficētas ar putnu infekciozā bronhīta vīrusu (IBV), putnu pneimovīrusu (APV), Ņūkāslas slimības vīrusu (NDV) un putnu gripas vīrusu (AIV). zaudē savu infekciozitāti. Starp tiem APV un IBV tika atklāti arī trahejas orgānu kultūrās, kas iegūtas no 5. paaudzes cāļu embrijiem. Lai gan vīrusu nevarēja izolēt, vīrusa nukleīnskābi tomēr varēja noteikt ar RT-PCR. Ben-Šošans [18] tieši pakļāva 2450 MHz, 750 W elektromagnētiskos viļņus 15 citomegalovīrusa (CMV) pozitīviem mātes piena paraugiem 30 sekundes. Antigēnu noteikšana ar Shell-Vial uzrādīja pilnīgu CMV inaktivāciju. Tomēr pie 500 W jauda 2 no 15 paraugiem nesasniedza pilnīgu inaktivāciju, kas norāda uz pozitīvu korelāciju starp inaktivācijas efektivitāti un elektromagnētisko viļņu jaudu.
Vēl ir vērts atzīmēt, ka Jangs [13], pamatojoties uz izveidotiem fizikāliem modeļiem, paredzēja rezonanses frekvenci starp elektromagnētiskajiem viļņiem un vīrusiem. H3N2 vīrusa daļiņu suspensija ar blīvumu 7,5 × 1014 m-3, ko ražoja pret vīrusu jutīgas Madin Darby suņu nieru šūnas (MDCK), tika tieši pakļauta elektromagnētiskajiem viļņiem ar frekvenci 8 GHz un jaudu 820 W/m² 15 minūtes. H3N2 vīrusa inaktivācijas līmenis sasniedz 100%. Tomēr pie teorētiskā sliekšņa 82 W/m2 tikai 38% H3N2 vīrusa tika inaktivēti, kas liecina, ka ar EM mediētās vīrusa inaktivācijas efektivitāte ir cieši saistīta ar jaudas blīvumu. Pamatojoties uz šo pētījumu, Barbora [14] aprēķināja rezonanses frekvenču diapazonu (8,5–20 GHz) starp elektromagnētiskajiem viļņiem un SARS-CoV-2 un secināja, ka 7,5 × 1014 m-3 SARS-CoV-2, kas pakļauts elektromagnētisko viļņu iedarbībai ar frekvenci 10–17 GHz un jaudas blīvumu 14,5 ± 1 W/m2 aptuveni 15 minūtes, izraisīs 100% deaktivāciju. Nesenā Vanga [19] pētījumā tika parādīts, ka SARS-CoV-2 rezonanses frekvences ir 4 un 7,5 GHz, apstiprinot rezonanses frekvenču esamību neatkarīgi no vīrusa titra.
Noslēgumā varam teikt, ka elektromagnētiskie viļņi var ietekmēt aerosolus un suspensijas, kā arī vīrusu aktivitāti uz virsmām. Tika konstatēts, ka inaktivācijas efektivitāte ir cieši saistīta ar elektromagnētisko viļņu frekvenci un jaudu, kā arī ar barotni, ko izmanto vīrusa augšanai. Turklāt elektromagnētiskās frekvences, kuru pamatā ir fizikālās rezonanses, ir ļoti svarīgas vīrusu inaktivācijai [2, 13]. Līdz šim elektromagnētisko viļņu ietekme uz patogēno vīrusu aktivitāti galvenokārt ir bijusi vērsta uz infekciozitātes maiņu. Sarežģītā mehānisma dēļ vairākos pētījumos ir ziņots par elektromagnētisko viļņu ietekmi uz patogēno vīrusu replikāciju un transkripciju.
Mehānismi, ar kuriem elektromagnētiskie viļņi inaktivē vīrusus, ir cieši saistīti ar vīrusa veidu, elektromagnētisko viļņu frekvenci un jaudu, kā arī vīrusa augšanas vidi, taču tie joprojām ir lielā mērā neizpētīti. Jaunākie pētījumi ir koncentrējušies uz termiskās, atermālās un strukturālās rezonanses enerģijas pārneses mehānismiem.
Ar termisko efektu tiek saprasts temperatūras paaugstināšanās, ko izraisa polāro molekulu ātrgaitas rotācija, sadursme un berze audos elektromagnētisko viļņu ietekmē. Šīs īpašības dēļ elektromagnētiskie viļņi var paaugstināt vīrusa temperatūru virs fizioloģiskās tolerances sliekšņa, izraisot vīrusa nāvi. Tomēr vīrusi satur maz polāro molekulu, kas liecina, ka tieša termiskā iedarbība uz vīrusiem ir reta [1]. Gluži pretēji, vidē ir daudz vairāk polāro molekulu, piemēram, ūdens molekulas, kas pārvietojas saskaņā ar elektromagnētisko viļņu ierosināto maiņstrāvas elektrisko lauku, radot siltumu caur berzi. Siltums pēc tam tiek pārnests uz vīrusu, lai paaugstinātu tā temperatūru. Kad tolerances slieksnis tiek pārsniegts, nukleīnskābes un olbaltumvielas tiek iznīcinātas, kas galu galā samazina infekciozitāti un pat inaktivē vīrusu.
Vairākas grupas ir ziņojušas, ka elektromagnētiskie viļņi var samazināt vīrusu infekciozitāti, izmantojot termisko iedarbību [1, 3, 8]. Kačmarčiks [8] pakļāva koronavīrusa 229E suspensijas elektromagnētiskajiem viļņiem ar frekvenci 95 GHz un jaudas blīvumu no 70 līdz 100 W/cm² 0,2–0,7 s. Rezultāti parādīja, ka temperatūras paaugstināšanās par 100°C šī procesa laikā veicināja vīrusa morfoloģijas iznīcināšanu un samazināja vīrusa aktivitāti. Šos termiskos efektus var izskaidrot ar elektromagnētisko viļņu iedarbību uz apkārtējām ūdens molekulām. Sidharta [3] apstaroja dažādu genotipu, tostarp GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a un GT7a, HCV saturošas šūnu kultūru suspensijas ar elektromagnētiskajiem viļņiem 2450 MHz frekvencē un 90 W un 180 W, 360 W, 600 W un 800 W jaudu. Palielinoties šūnu kultūras barotnes temperatūrai no 26°C līdz 92°C, elektromagnētiskais starojums samazināja vīrusa infekciozitāti vai pilnībā inaktivēja vīrusu. Taču HCV tika pakļauts elektromagnētiskajiem viļņiem īsu laiku ar mazu jaudu (90 vai 180 W, 3 minūtes) vai lielāku jaudu (600 vai 800 W, 1 minūte), kamēr netika novērota būtiska temperatūras paaugstināšanās un būtiskas vīrusa infekciozitātes vai aktivitātes izmaiņas.
Iepriekš minētie rezultāti liecina, ka elektromagnētisko viļņu termiskā iedarbība ir galvenais faktors, kas ietekmē patogēno vīrusu infekciozitāti vai aktivitāti. Turklāt daudzi pētījumi ir parādījuši, ka elektromagnētiskā starojuma termiskā iedarbība inaktivē patogēnos vīrusus efektīvāk nekā UV-C un parastā karsēšana [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Papildus termiskajai iedarbībai elektromagnētiskie viļņi var mainīt arī tādu molekulu kā mikrobu olbaltumvielu un nukleīnskābju polaritāti, izraisot molekulu rotāciju un vibrāciju, kā rezultātā samazinās dzīvotspēja vai pat iestājas nāve [10]. Tiek uzskatīts, ka strauja elektromagnētisko viļņu polaritātes maiņa izraisa olbaltumvielu polarizāciju, kas noved pie olbaltumvielu struktūras sagriešanās un izliekuma un galu galā pie olbaltumvielu denaturācijas [11].
Elektromagnētisko viļņu netermiskā ietekme uz vīrusu inaktivāciju joprojām ir pretrunīga, taču lielākā daļa pētījumu ir uzrādījuši pozitīvus rezultātus [1, 25]. Kā jau minējām iepriekš, elektromagnētiskie viļņi var tieši iekļūt MS2 vīrusa apvalka proteīnā un iznīcināt vīrusa nukleīnskābi. Turklāt MS2 vīrusa aerosoli ir daudz jutīgāki pret elektromagnētiskajiem viļņiem nekā MS2 ūdens šķīdums. Tā kā MS2 vīrusa aerosolus ieskaujošajā vidē ir mazāk polāru molekulu, piemēram, ūdens molekulu, atermiskajai iedarbībai var būt galvenā loma elektromagnētisko viļņu mediētā vīrusu inaktivācijā [1].
Rezonanses fenomens attiecas uz fiziskas sistēmas tieksmi absorbēt vairāk enerģijas no vides tās dabiskajā frekvencē un viļņa garumā. Rezonanse dabā sastopama daudzviet. Ir zināms, ka vīrusi rezonē ar vienas frekvences mikroviļņiem ierobežotā akustiskā dipola režīmā, kas ir rezonanses fenomens [2, 13, 26]. Rezonanses mijiedarbības režīmi starp elektromagnētisko vilni un vīrusu piesaista arvien lielāku uzmanību. Efektīvas strukturālās rezonanses enerģijas pārneses (SRET) ietekme no elektromagnētiskajiem viļņiem uz slēgtām akustiskajām svārstībām (CAV) vīrusos var izraisīt vīrusa membrānas plīsumu pretēju kodola-kapsīda vibrāciju dēļ. Turklāt SRET kopējā efektivitāte ir saistīta ar vides raksturu, kur vīrusa daļiņas izmērs un pH nosaka attiecīgi rezonanses frekvenci un enerģijas absorbciju [2, 13, 19].
Elektromagnētisko viļņu fizikālās rezonanses efektam ir galvenā loma apvalkotu vīrusu inaktivācijā, kurus ieskauj divslāņu membrāna, kas iestrādāta vīrusu proteīnos. Pētnieki atklāja, ka H3N2 deaktivāciju ar elektromagnētiskajiem viļņiem ar frekvenci 6 GHz un jaudas blīvumu 486 W/m² galvenokārt izraisīja apvalka fiziska plīsšana rezonanses efekta dēļ [13]. H3N2 suspensijas temperatūra pēc 15 minūšu iedarbības palielinājās tikai par 7°C, tomēr cilvēka H3N2 vīrusa inaktivācijai ar termisko sildīšanu ir nepieciešama temperatūra virs 55°C [9]. Līdzīgas parādības ir novērotas tādiem vīrusiem kā SARS-CoV-2 un H3N1 [13, 14]. Turklāt vīrusu inaktivācija ar elektromagnētiskajiem viļņiem neizraisa vīrusu RNS genomu degradāciju [1,13,14]. Tādējādi H3N2 vīrusa inaktivāciju veicināja fizikālā rezonanse, nevis termiskā iedarbība [13].
Salīdzinot ar elektromagnētisko viļņu termisko efektu, vīrusu inaktivācijai ar fizikālās rezonanses palīdzību ir nepieciešami zemāki devas parametri, kas ir zemāki par mikroviļņu drošības standartiem, ko noteicis Elektroinženieru un elektronikas inženieru institūts (IEEE) [2, 13]. Rezonanses frekvence un jaudas deva ir atkarīga no vīrusa fizikālajām īpašībām, piemēram, daļiņu lieluma un elastības, un visus vīrusus rezonanses frekvencē var efektīvi inaktivēt. Pateicoties augstajam iekļūšanas ātrumam, jonizējošā starojuma neesamībai un labai drošībai, vīrusu inaktivācija, ko mediē CPET atermiskā iedarbība, ir daudzsološa patogēnu vīrusu izraisītu cilvēku ļaundabīgo slimību ārstēšanā [14, 26].
Balstoties uz vīrusu inaktivācijas ieviešanu šķidrā fāzē un uz dažādu vidi virsmas, elektromagnētiskie viļņi var efektīvi tikt galā ar vīrusu aerosoliem [1, 26], kas ir sasniegums un tam ir liela nozīme vīrusa pārnešanas kontrolē un vīrusa pārnešanas novēršanā sabiedrībā epidēmijas laikā. Turklāt elektromagnētisko viļņu fizikālo rezonanses īpašību atklāšana ir ļoti svarīga šajā jomā. Ja ir zināma konkrētā viriona rezonanses frekvence un elektromagnētiskie viļņi, var mērķēt uz visiem vīrusiem brūces rezonanses frekvenču diapazonā, ko nevar panākt ar tradicionālajām vīrusu inaktivācijas metodēm [13,14,26]. Vīrusu elektromagnētiskā inaktivācija ir daudzsološs pētījums ar lielu pētniecisko un lietišķo vērtību un potenciālu.
Salīdzinot ar tradicionālajām vīrusu iznīcināšanas tehnoloģijām, elektromagnētiskajiem viļņiem piemīt vienkāršas, efektīvas un praktiskas vides aizsardzības īpašības, iznīcinot vīrusus, pateicoties to unikālajām fizikālajām īpašībām [2, 13]. Tomēr joprojām pastāv daudzas problēmas. Pirmkārt, mūsdienu zināšanas aprobežojas ar elektromagnētisko viļņu fizikālajām īpašībām, un enerģijas izmantošanas mehānisms elektromagnētisko viļņu emisijas laikā nav atklāts [10, 27]. Mikroviļņi, tostarp milimetru viļņi, ir plaši izmantoti vīrusu inaktivācijas un tās mehānismu izpētei, tomēr nav ziņots par elektromagnētisko viļņu pētījumiem citās frekvencēs, īpaši frekvencēs no 100 kHz līdz 300 MHz un no 300 GHz līdz 10 THz. Otrkārt, patogēno vīrusu iznīcināšanas mehānisms ar elektromagnētiskajiem viļņiem nav noskaidrots, un ir pētīti tikai sfēriski un stieņa formas vīrusi [2]. Turklāt vīrusu daļiņas ir mazas, bez šūnām, viegli mutē un ātri izplatās, kas var novērst vīrusu inaktivāciju. Elektromagnētisko viļņu tehnoloģija joprojām ir jāuzlabo, lai pārvarētu patogēno vīrusu inaktivācijas šķērsli. Visbeidzot, polāro molekulu, piemēram, ūdens molekulu, augsta starojuma enerģijas absorbcija vidē rada enerģijas zudumus. Turklāt SRET efektivitāti vīrusos var ietekmēt vairāki neidentificēti mehānismi [28]. SRET efekts var arī modificēt vīrusu, lai tas pielāgotos videi, kā rezultātā rodas rezistence pret elektromagnētiskajiem viļņiem [29].
Nākotnē ir jāturpina uzlabot vīrusu inaktivācijas tehnoloģija, izmantojot elektromagnētiskos viļņus. Fundamentāliem zinātniskiem pētījumiem jābūt vērstiem uz vīrusu inaktivācijas mehānisma ar elektromagnētiskajiem viļņiem noskaidrošanu. Piemēram, sistemātiski jānoskaidro vīrusu enerģijas izmantošanas mehānisms, pakļaujot tos elektromagnētiskajiem viļņiem, detalizēts netermiskās iedarbības mehānisms, kas iznīcina patogēnos vīrusus, un SRET efekta mehānisms starp elektromagnētiskajiem viļņiem un dažādu veidu vīrusiem. Lietišķajiem pētījumiem jākoncentrējas uz to, kā novērst pārmērīgu starojuma enerģijas absorbciju polārajās molekulās, jāpēta dažādu frekvenču elektromagnētisko viļņu ietekme uz dažādiem patogēniem vīrusiem un jāpēta elektromagnētisko viļņu netermiskā ietekme patogēno vīrusu iznīcināšanā.
Elektromagnētiskie viļņi ir kļuvuši par daudzsološu metodi patogēnu vīrusu inaktivācijai. Elektromagnētisko viļņu tehnoloģijai ir tādas priekšrocības kā zems piesārņojums, zemas izmaksas un augsta patogēnu vīrusu inaktivācijas efektivitāte, kas var pārvarēt tradicionālās pretvīrusu tehnoloģijas ierobežojumus. Tomēr ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai noteiktu elektromagnētisko viļņu tehnoloģijas parametrus un noskaidrotu vīrusu inaktivācijas mehānismu.
Noteikta elektromagnētiskā viļņa starojuma deva var iznīcināt daudzu patogēnu vīrusu struktūru un aktivitāti. Vīrusu inaktivācijas efektivitāte ir cieši saistīta ar frekvenci, jaudas blīvumu un iedarbības laiku. Turklāt iespējamie mehānismi ietver enerģijas pārneses termisko, atermālo un strukturālo rezonanses efektu. Salīdzinot ar tradicionālajām pretvīrusu tehnoloģijām, uz elektromagnētiskajiem viļņiem balstītai vīrusu inaktivācijai ir tādas priekšrocības kā vienkāršība, augsta efektivitāte un zems piesārņojums. Tāpēc ar elektromagnētiskajiem viļņiem mediēta vīrusu inaktivācija ir kļuvusi par daudzsološu pretvīrusu metodi nākotnes pielietojumiem.
U. Ju. Mikroviļņu starojuma un aukstās plazmas ietekme uz bioaerosola aktivitāti un saistītajiem mehānismiem. Pekinas Universitāte. 2013. gads.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC u.c. Mikroviļņu rezonanses dipola sasaiste un ierobežotas akustiskās svārstības bakulovīrusos. Zinātniskais ziņojums 2017; 7(1):4611.
Sidharta A., Pfaender S., Malassa A., Doerrbecker J., Anggakusuma, Engelmann M. u. c. HCV un HIV inaktivācija mikroviļņu krāsnī: jauna pieeja vīrusa pārnešanas novēršanai injicējamo narkotiku lietotāju vidū. Zinātniskais ziņojums 2016; 6:36619.
Jans S. S., Vans R. N., Cai J. Dž., Suns J. L., Kv. H. L. Slimnīcas dokumentu piesārņojuma ar mikroviļņu dezinfekciju izpēte un eksperimentāla novērošana [J] Ķīniešu medicīnas žurnāls. 1987; 4:221–22.
Sun Wei. Nātrija dihlorizocianāta inaktivācijas mehānisma un efektivitātes pret bakteriofāgu MS2 iepriekšējs pētījums. Sičuaņas Universitāte. 2007.
Janga Li sākotnējais pētījums par o-ftalaldehīda inaktivācijas efektu un darbības mehānismu uz bakteriofāgu MS2. Sičuaņas Universitāte. 2007.
Vu Je, Jao kundze. Gaisa ceļā izplatāma vīrusa inaktivācija in situ ar mikroviļņu starojumu. Ķīnas zinātnes biļetens. 2014;59(13):1438–45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. et al. Koronavīrusi un poliovīrusi ir jutīgi pret īsiem W joslas ciklotrona starojuma impulsiem. Vēstule par vides ķīmiju. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S u.c. Gripas vīrusa inaktivācija antigēniskuma pētījumiem un rezistences testiem pret fenotipiskiem neiraminidāzes inhibitoriem. Journal of Clinical Microbiology. 2010;48(3):928-40.
Zou Sjiņdži, Džan Lidzja, Liu Judzja, Li Ju, Džan Dzja, Lins Fudzja u.c. Pārskats par sterilizāciju mikroviļņu krāsnī. Guandunas mikroelementu zinātne. 2013;20(6):67-70.
Li Džiži. Mikroviļņu netermiskā bioloģiskā ietekme uz pārtikas mikroorganismiem un mikroviļņu sterilizācijas tehnoloģija [Dž. Dž. Dž. Dienvidrietumu nacionālo universitātis (dabaszinātņu izdevums). 2006; 6:1219–22.
Afagi P., Lapolla MA, Gandijs K. SARS-CoV-2 smailes olbaltumvielu denaturācija atermiskas mikroviļņu apstarošanas rezultātā. Zinātniskais ziņojums 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR u.c. Efektīva strukturālā rezonanses enerģijas pārnešana no mikroviļņiem uz ierobežotām akustiskām svārstībām vīrusos. Zinātniskais ziņojums 2015; 5:18030.
Barbora A., Minnes R. Mērķtiecīga pretvīrusu terapija, izmantojot nejonizējošā starojuma terapiju SARS-CoV-2 ārstēšanai, un sagatavošanās vīrusu pandēmijai: metodes, metodes un praktiskas piezīmes klīniskai lietošanai. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Jans Huimins. Sterilizācija mikroviļņu krāsnī un to ietekmējošie faktori. Ķīniešu medicīnas žurnāls. 1993;(04):246-51.
Page WJ, Martin WG Mikrobu izdzīvošana mikroviļņu krāsnīs. Jūs varat J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS Mikroviļņu vai autoklāva apstrāde iznīcina infekciozā bronhīta vīrusa un putnu pneimovīrusa infekciozitāti, bet ļauj tos noteikt, izmantojot reversās transkriptāzes polimerāzes ķēdes reakciju. mājputnu slimība. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB. Citomegalovīrusa izskaušana no mātes piena ar mikroviļņu krāsni: pilotpētījums. zīdīšanas zāles. 2016;11:186-7.
Vans P. Dž., Pans J. H., Huans S. I., Fans Dž. T., Čans S. I., Ši S. R. u.c. SARS-CoV-2 vīrusa mikroviļņu rezonanses absorbcija. Zinātniskais ziņojums 2022; 12(1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH u.c. SARS-CoV-2 UV-C (254 nm) letālā deva. Gaismas diagnostika Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M u.c. Ātra un pilnīga SARS-CoV-2 inaktivācija ar UV-C. Zinātniskais ziņojums 2020; 10(1):22421.