ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენა პათოგენურ ვირუსებსა და მათთან დაკავშირებულ მექანიზმებზე: მიმოხილვა ვირუსოლოგიის ჟურნალში

პათოგენური ვირუსული ინფექციები მსოფლიო მასშტაბით საზოგადოებრივი ჯანდაცვის მნიშვნელოვან პრობლემად იქცა. ვირუსებს შეუძლიათ ყველა უჯრედული ორგანიზმის დაინფიცირება და სხვადასხვა ხარისხის დაზიანებისა და დაზიანების გამოწვევა, რაც დაავადებამდე და სიკვდილამდეც კი მიგვიყვანს. ისეთი მაღალპათოგენური ვირუსების გავრცელების გათვალისწინებით, როგორიცაა მძიმე მწვავე რესპირატორული სინდრომის კორონავირუსი 2 (SARS-CoV-2), აუცილებელია პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის ეფექტური და უსაფრთხო მეთოდების შემუშავება. პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის ტრადიციული მეთოდები პრაქტიკულია, მაგრამ გარკვეული შეზღუდვები აქვთ. მაღალი შეღწევადობის სიმძლავრის, ფიზიკური რეზონანსის და დაბინძურების არარსებობის მახასიათებლების გამო, ელექტრომაგნიტური ტალღები პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის პოტენციურ სტრატეგიად იქცა და სულ უფრო მეტ ყურადღებას იპყრობს. ეს სტატია წარმოადგენს ელექტრომაგნიტური ტალღების პათოგენურ ვირუსებზე ზემოქმედებისა და მათი მექანიზმების შესახებ ბოლოდროინდელი პუბლიკაციების მიმოხილვას, ასევე პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციისთვის ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოყენების პერსპექტივებს, ასევე ასეთი ინაქტივაციის ახალ იდეებსა და მეთოდებს.
ბევრი ვირუსი სწრაფად ვრცელდება, დიდი ხნის განმავლობაში ნარჩუნდება, ძლიერ პათოგენურია და შეიძლება გამოიწვიოს გლობალური ეპიდემიები და სერიოზული ჯანმრთელობის რისკები. პრევენცია, გამოვლენა, ტესტირება, აღმოფხვრა და მკურნალობა ვირუსის გავრცელების შეჩერების ძირითადი ნაბიჯებია. პათოგენური ვირუსების სწრაფი და ეფექტური აღმოფხვრა მოიცავს პროფილაქტიკურ, დამცავ და წყაროს აღმოფხვრას. პათოგენური ვირუსების ინაქტივაცია ფიზიოლოგიური განადგურებით მათი ინფექციურობის, პათოგენურობისა და რეპროდუქციული უნარის შესამცირებლად მათი ელიმინაციის ეფექტური მეთოდია. ტრადიციული მეთოდები, მათ შორის მაღალი ტემპერატურა, ქიმიკატები და მაიონებელი გამოსხივება, ეფექტურად ახდენენ პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციას. თუმცა, ამ მეთოდებს ჯერ კიდევ აქვთ გარკვეული შეზღუდვები. ამიტომ, კვლავ არსებობს გადაუდებელი აუცილებლობა, შემუშავდეს ინოვაციური სტრატეგიები პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციისთვის.
ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივებას აქვს მაღალი შეღწევადობის უნარი, სწრაფი და ერთგვაროვანი გათბობა, მიკროორგანიზმებთან რეზონანსი და პლაზმის გამოთავისუფლება და მოსალოდნელია, რომ ის გახდება პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის პრაქტიკული მეთოდი [1,2,3]. ელექტრომაგნიტური ტალღების პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის უნარი გასულ საუკუნეში იქნა დადასტურებული [4]. ბოლო წლებში, პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციისთვის ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოყენებამ სულ უფრო მეტი ყურადღება მიიპყრო. ეს სტატია განიხილავს ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენას პათოგენურ ვირუსებზე და მათ მექანიზმებზე, რაც შეიძლება სასარგებლო სახელმძღვანელოდ გამოდგეს ძირითადი და გამოყენებითი კვლევისთვის.
ვირუსების მორფოლოგიური მახასიათებლები შეიძლება ასახავდეს ისეთ ფუნქციებს, როგორიცაა გადარჩენა და ინფექციურობა. დადასტურებულია, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, განსაკუთრებით ულტრამაღალი სიხშირის (UHF) და ულტრამაღალი სიხშირის (EHF) ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, შეუძლიათ ვირუსების მორფოლოგიის დარღვევა.
ბაქტერიოფაგი MS2 (MS2) ხშირად გამოიყენება სხვადასხვა კვლევის სფეროში, როგორიცაა დეზინფექციის შეფასება, კინეტიკური მოდელირება (წყლიანი) და ვირუსული მოლეკულების ბიოლოგიური დახასიათება [5, 6]. ვუმ აღმოაჩინა, რომ 2450 MHz და 700 W სიხშირის მიკროტალღები იწვევდა MS2 წყლის ფაგების აგრეგაციას და მნიშვნელოვან შემცირებას პირდაპირი დასხივების 1 წუთის შემდეგ [1]. შემდგომი კვლევის შემდეგ, ასევე დაფიქსირდა MS2 ფაგის ზედაპირის გაწყვეტა [7]. კაჩმარჩიკმა [8] კორონავირუს 229E (CoV-229E) ნიმუშების სუსპენზიები 0.1 წამის განმავლობაში დაამუშავა მილიმეტრიან ტალღებზე 95 GHz სიხშირით და 70-დან 100 W/cm2 სიმძლავრის სიმკვრივით. ვირუსის უხეშ სფერულ გარსში შეიძლება აღმოჩნდეს დიდი ხვრელები, რაც იწვევს მისი შიგთავსის დაკარგვას. ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედება შეიძლება დამანგრეველი იყოს ვირუსული ფორმებისთვის. თუმცა, ელექტრომაგნიტური გამოსხივებით ვირუსთან ზემოქმედების შემდეგ მორფოლოგიური თვისებების, როგორიცაა ფორმა, დიამეტრი და ზედაპირის სიგლუვე, ცვლილებები უცნობია. ამიტომ, მნიშვნელოვანია მორფოლოგიურ მახასიათებლებსა და ფუნქციურ დარღვევებს შორის ურთიერთობის ანალიზი, რაც შეიძლება ღირებული და მოსახერხებელი ინდიკატორები იყოს ვირუსის ინაქტივაციის შესაფასებლად [1].
ვირუსული სტრუქტურა, როგორც წესი, შედგება შიდა ნუკლეინის მჟავისა (რნმ ან დნმ) და გარე კაფსიდისგან. ნუკლეინის მჟავები განსაზღვრავენ ვირუსების გენეტიკურ და რეპლიკაციის თვისებებს. კაფსიდი არის რეგულარულად განლაგებული ცილოვანი ქვეერთეულების გარეთა შრე, ვირუსული ნაწილაკების ძირითადი საყრდენი და ანტიგენური კომპონენტი და ასევე იცავს ნუკლეინის მჟავებს. ვირუსების უმეტესობას აქვს გარსის სტრუქტურა, რომელიც შედგება ლიპიდებისა და გლიკოპროტეინებისგან. გარდა ამისა, გარსის ცილები განსაზღვრავენ რეცეპტორების სპეციფიკურობას და წარმოადგენენ ძირითად ანტიგენებს, რომელთა ამოცნობაც მასპინძლის იმუნურ სისტემას შეუძლია. სრული სტრუქტურა უზრუნველყოფს ვირუსის მთლიანობას და გენეტიკურ სტაბილურობას.
კვლევამ აჩვენა, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, განსაკუთრებით UHF ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, შეუძლიათ დაავადების გამომწვევი ვირუსების რნმ-ის დაზიანება. ვუმ [1] MS2 ვირუსის წყლიანი გარემო პირდაპირ 2450 MHz მიკროტალღურ ტალღებზე 2 წუთის განმავლობაში გამოიყენა და გელის ელექტროფორეზისა და უკუტრანსკრიფციის პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციით გააანალიზა A ცილის, კაფსიდის ცილის, რეპლიკაზას ცილის და დაშლის ცილის კოდირების გენები (RT-PCR). ეს გენები თანდათანობით განადგურდა სიმძლავრის სიმკვრივის ზრდასთან ერთად და ყველაზე მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივის დროსაც კი გაქრა. მაგალითად, A ცილის გენის (934 bp) ექსპრესია მნიშვნელოვნად შემცირდა 119 და 385 W სიმძლავრის ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედების შემდეგ და მთლიანად გაქრა, როდესაც სიმძლავრის სიმკვრივე 700 W-მდე გაიზარდა. ეს მონაცემები მიუთითებს, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, დოზის მიხედვით, შეუძლიათ ვირუსების ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურის განადგურება.
ბოლოდროინდელმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენა პათოგენურ ვირუსულ ცილებზე ძირითადად დაფუძნებულია მათ არაპირდაპირ თერმულ ეფექტზე მედიატორებზე და მათ არაპირდაპირ ეფექტზე ცილის სინთეზზე ნუკლეინის მჟავების დაშლის გამო [1, 3, 8, 9]. თუმცა, ათერმულ ეფექტებს ასევე შეუძლიათ ვირუსული ცილების პოლარობის ან სტრუქტურის შეცვლა [1, 10, 11]. ელექტრომაგნიტური ტალღების პირდაპირი გავლენა ფუნდამენტურ სტრუქტურულ/არასტრუქტურულ ცილებზე, როგორიცაა კაფსიდური ცილები, გარსის ცილები ან პათოგენური ვირუსების სპიკური ცილები, კვლავ საჭიროებს შემდგომ შესწავლას. ახლახანს გამოითქვა მოსაზრება, რომ 2 წუთიანი ელექტრომაგნიტური გამოსხივება 2.45 გჰც სიხშირით და 700 ვატი სიმძლავრით შეიძლება ურთიერთქმედებდეს ცილის მუხტების სხვადასხვა ფრაქციებთან ცხელი წერტილების წარმოქმნისა და რხევითი ელექტრული ველების მეშვეობით წმინდა ელექტრომაგნიტური ეფექტების გზით [12].
პათოგენური ვირუსის გარსი მჭიდრო კავშირშია მის დაინფიცირების ან დაავადების გამოწვევის უნართან. რამდენიმე კვლევამ აჩვენა, რომ UHF და მიკროტალღური ელექტრომაგნიტური ტალღები ანადგურებენ დაავადების გამომწვევი ვირუსების გარსებს. როგორც ზემოთ აღინიშნა, კორონავირუს 229E-ს ვირუსულ გარსში შეიძლება გამოვლინდეს მკაფიო ხვრელები 95 გჰც მილიმეტრიან ტალღასთან 0.1 წამიანი ზემოქმედების შემდეგ 70-დან 100 ვტ/სმ2 სიმძლავრის სიმკვრივით [8]. ელექტრომაგნიტური ტალღების რეზონანსული ენერგიის გადაცემის ეფექტმა შეიძლება გამოიწვიოს საკმარისი სტრესი ვირუსის გარსის სტრუქტურის გასანადგურებლად. გარსიანი ვირუსებისთვის, გარსის გახეთქვის შემდეგ, ინფექციურობა ან ზოგიერთი აქტივობა ჩვეულებრივ მცირდება ან მთლიანად იკარგება [13, 14]. იანგმა [13] H3N2 (H3N2) გრიპის ვირუსი და H1N1 (H1N1) გრიპის ვირუსი მიკროტალღურ ტალღებზე, შესაბამისად, 8.35 გჰც, 320 ვტ/მ² და 7 გჰც, 308 ვტ/მ², 15 წუთის განმავლობაში დაამუშავა. ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედების ქვეშ მყოფი პათოგენური ვირუსების რნმ სიგნალებისა და თხევად აზოტში რამდენიმე ციკლის განმავლობაში გაყინული და დაუყოვნებლივ გალღობილი ფრაგმენტირებული მოდელის შესადარებლად ჩატარდა RT-PCR. შედეგებმა აჩვენა, რომ ორივე მოდელის რნმ სიგნალები ძალიან თანმიმდევრულია. ეს შედეგები მიუთითებს, რომ მიკროტალღური გამოსხივების ზემოქმედების შემდეგ ვირუსის ფიზიკური სტრუქტურა ირღვევა და გარსის სტრუქტურა ნადგურდება.
ვირუსის აქტივობა შეიძლება დახასიათდეს მისი დაინფიცირების, რეპლიკაციისა და ტრანსკრიფციის უნარით. ვირუსული ინფექციურობა ან აქტივობა, როგორც წესი, ფასდება ვირუსული ტიტრების გაზომვით ფოლაქების ანალიზების, ქსოვილოვანი კულტურის საშუალო ინფექციური დოზის (TCID50) ან ლუციფერაზას რეპორტიორის გენის აქტივობის გამოყენებით. თუმცა, მისი შეფასება ასევე შესაძლებელია უშუალოდ ცოცხალი ვირუსის იზოლირებით ან ვირუსული ანტიგენის, ვირუსული ნაწილაკების სიმკვრივის, ვირუსის გადარჩენის და ა.შ. ანალიზით.
არსებობს ინფორმაცია, რომ UHF, SHF და EHF ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლიათ ვირუსული აეროზოლების ან წყლით გადამდები ვირუსების პირდაპირ ინაქტივაცია. ვუმ [1] ლაბორატორიული ნებულაიზერის მიერ გენერირებული MS2 ბაქტერიოფაგის აეროზოლი 1.7 წუთის განმავლობაში დაამუშავა 2450 MHz სიხშირისა და 700 W სიმძლავრის ელექტრომაგნიტურ ტალღებზე, მაშინ როდესაც MS2 ბაქტერიოფაგის გადარჩენის მაჩვენებელი მხოლოდ 8.66% იყო. MS2 ვირუსული აეროზოლის მსგავსად, წყალხსნარი MS2-ის 91.3% ინაქტივირებული იყო ელექტრომაგნიტური ტალღების იგივე დოზის ზემოქმედებით 1.5 წუთის განმავლობაში. გარდა ამისა, ელექტრომაგნიტური გამოსხივების MS2 ვირუსის ინაქტივაციის უნარი დადებითად კორელირებული იყო სიმძლავრის სიმკვრივესთან და ექსპოზიციის დროსთან. თუმცა, როდესაც დეაქტივაციის ეფექტურობა მაქსიმალურ მნიშვნელობას აღწევს, დეაქტივაციის ეფექტურობის გაუმჯობესება შეუძლებელია ექსპოზიციის დროის გაზრდით ან სიმძლავრის სიმკვრივის გაზრდით. მაგალითად, MS2 ვირუსს ჰქონდა მინიმალური გადარჩენის მაჩვენებელი 2.65%-დან 4.37%-მდე 2450 MHz და 700 W ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედებით და მნიშვნელოვანი ცვლილებები არ დაფიქსირებულა ექსპოზიციის დროის ზრდასთან ერთად. სიდჰარტამ [3] C ჰეპატიტის ვირუსის (HCV)/ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსის ტიპი 1-ის (აივ-1) შემცველი უჯრედული კულტურის სუსპენზია დასხივა 2450 MHz სიხშირით და 360 W სიმძლავრით. მათ აღმოაჩინეს, რომ ვირუსის ტიტრები მნიშვნელოვნად შემცირდა 3 წუთიანი ზემოქმედების შემდეგ, რაც მიუთითებს, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღის გამოსხივება ეფექტურია HCV და HIV-1 ინფექციურობის წინააღმდეგ და ხელს უწყობს ვირუსის გადაცემის პრევენციას, მაშინაც კი, როდესაც ისინი ერთად არიან დასხივებული. HCV უჯრედული კულტურების და HIV-1 სუსპენზიების დასხივებისას დაბალი სიმძლავრის ელექტრომაგნიტური ტალღებით 2450 MHz, 90 W ან 180 W სიხშირით, ვირუსის ტიტრში ცვლილება არ დაფიქსირებულა, რაც განპირობებული იყო ლუციფერაზას რეპორტიორის აქტივობით, და ვირუსის ინფექციურობის მნიშვნელოვანი ცვლილება დაფიქსირდა. 600 და 800 W-ზე 1 წუთის განმავლობაში, ორივე ვირუსის ინფექციურობა მნიშვნელოვნად არ შემცირებულა, რაც, სავარაუდოდ, დაკავშირებულია ელექტრომაგნიტური ტალღის გამოსხივების სიმძლავრესთან და კრიტიკული ტემპერატურის ზემოქმედების დროსთან.
კაჩმარჩიკმა [8] პირველად 2021 წელს აჩვენა EHF ელექტრომაგნიტური ტალღების ლეტალურობა წყალში გავრცელებული პათოგენური ვირუსების წინააღმდეგ. მათ კორონავირუს 229E-ს ან პოლიოვირუსის (PV) ნიმუშები 2 წამის განმავლობაში 95 გჰც სიხშირის და 70-დან 100 ვტ/სმ2 სიმძლავრის სიმკვრივის ელექტრომაგნიტურ ტალღებზე დაამუშავეს. ორი პათოგენური ვირუსის ინაქტივაციის ეფექტურობა შესაბამისად 99.98% და 99.375% იყო, რაც მიუთითებს, რომ EHF ელექტრომაგნიტურ ტალღებს ვირუსების ინაქტივაციის სფეროში ფართო გამოყენების პერსპექტივები აქვთ.
ვირუსების UHF ინაქტივაციის ეფექტურობა ასევე შეფასდა სხვადასხვა გარემოში, როგორიცაა დედის რძე და სახლში ხშირად გამოყენებული ზოგიერთი მასალა. მკვლევარებმა ადენოვირუსით (ADV), პოლიოვირუსით ტიპი 1-ით (PV-1), ჰერპესვირუსით ტიპი 1-ით (HV-1) და რინოვირუსით (RHV) დაბინძურებული ანესთეზიის ნიღბები 2450 MHz სიხშირით და 720 ვატი სიმძლავრით ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებაზე დაამუშავეს. მათ განაცხადეს, რომ ADV და PV-1 ანტიგენების ტესტები უარყოფითი გახდა, ხოლო HV-1, PIV-3 და RHV ტიტრები ნულამდე დაეცა, რაც მიუთითებს ყველა ვირუსის სრულ ინაქტივაციაზე 4 წუთიანი ზემოქმედების შემდეგ [15, 16]. ელჰაფი [17] ფრინველის ინფექციური ბრონქიტის ვირუსით (IBV), ფრინველის პნევმოვირუსით (APV), ნიუკასლის დაავადების ვირუსით (NDV) და ფრინველის გრიპის ვირუსით (AIV) ინფიცირებული ნაცხვრები პირდაპირ დაამუშავეს 2450 MHz, 900 ვატიან მიკროტალღურ ღუმელში. მათ შორის, APV და IBV დამატებით იქნა აღმოჩენილი მე-5 თაობის წიწილის ემბრიონებიდან მიღებული ტრაქეის ორგანოების კულტურებში. მიუხედავად იმისა, რომ ვირუსის იზოლირება ვერ მოხერხდა, ვირუსული ნუკლეინის მჟავა მაინც იქნა აღმოჩენილი RT-PCR-ით. ბენ-შოშანმა [18] პირდაპირ დაამუშავა 2450 MHz, 750 W ელექტრომაგნიტური ტალღები ციტომეგალოვირუსზე (CMV) დადებით დედის რძის 15 ნიმუშზე 30 წამის განმავლობაში. Shell-Vial-ის გამოყენებით ანტიგენის დეტექციამ აჩვენა CMV-ის სრული ინაქტივაცია. თუმცა, 500 W-ზე, 15 ნიმუშიდან 2-მა ვერ მიაღწია სრულ ინაქტივაციას, რაც მიუთითებს ინაქტივაციის ეფექტურობასა და ელექტრომაგნიტური ტალღების სიმძლავრეს შორის დადებით კორელაციაზე.
ასევე აღსანიშნავია, რომ იანგმა [13] იწინასწარმეტყველა ელექტრომაგნიტურ ტალღებსა და ვირუსებს შორის რეზონანსული სიხშირე დადგენილი ფიზიკური მოდელების საფუძველზე. ვირუსისადმი მგრძნობიარე მადინ დარბის ძაღლის თირკმლის უჯრედების (MDCK) მიერ წარმოებული 7.5 × 1014 მ-3 სიმკვრივის H3N2 ვირუსის ნაწილაკების სუსპენზია პირდაპირ დაექვემდებარა ელექტრომაგნიტურ ტალღებს 8 გჰც სიხშირით და 820 ვტ/მ² სიმძლავრით 15 წუთის განმავლობაში. H3N2 ვირუსის ინაქტივაციის დონე აღწევს 100%-ს. თუმცა, 82 ვტ/მ2 თეორიული ზღურბლის დროს, H3N2 ვირუსის მხოლოდ 38% იყო ინაქტივირებული, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღებით გამოწვეული ვირუსის ინაქტივაციის ეფექტურობა მჭიდრო კავშირშია სიმძლავრის სიმკვრივესთან. ამ კვლევის საფუძველზე, ბარბორამ [14] გამოთვალა ელექტრომაგნიტურ ტალღებსა და SARS-CoV-2-ს შორის რეზონანსული სიხშირის დიაპაზონი (8.5–20 გჰც) და დაასკვნა, რომ SARS-CoV-2-ის 7.5 × 1014 მ-3, რომელიც ელექტრომაგნიტურ ტალღებს ექვემდებარება, დაახლოებით 15 წუთის განმავლობაში 10-17 გჰც სიხშირის და 14.5 ± 1 ვტ/მ2 სიმძლავრის სიმკვრივის მქონე ტალღა 100%-იან დეაქტივაციას გამოიწვევს. ვანგის [19] მიერ ჩატარებულმა ბოლოდროინდელმა კვლევამ აჩვენა, რომ SARS-CoV-2-ის რეზონანსული სიხშირეებია 4 და 7.5 გჰც, რაც ადასტურებს ვირუსის ტიტრისგან დამოუკიდებელი რეზონანსული სიხშირეების არსებობას.
დასკვნის სახით, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ აეროზოლებსა და სუსპენზიებზე, ასევე ვირუსების აქტივობაზე ზედაპირებზე. დადგინდა, რომ ინაქტივაციის ეფექტურობა მჭიდრო კავშირშია ელექტრომაგნიტური ტალღების სიხშირესა და სიმძლავრესთან და ვირუსის ზრდისთვის გამოყენებულ გარემოსთან. გარდა ამისა, ფიზიკურ რეზონანსებზე დაფუძნებული ელექტრომაგნიტური სიხშირეები ძალიან მნიშვნელოვანია ვირუსის ინაქტივაციისთვის [2, 13]. აქამდე, ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენა პათოგენური ვირუსების აქტივობაზე ძირითადად ინფექციურობის შეცვლაზე იყო ორიენტირებული. რთული მექანიზმის გამო, რამდენიმე კვლევაში აღწერილია ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენა პათოგენური ვირუსების რეპლიკაციასა და ტრანსკრიფციაზე.
ელექტრომაგნიტური ტალღების მიერ ვირუსების ინაქტივაციის მექანიზმები მჭიდრო კავშირშია ვირუსის ტიპთან, ელექტრომაგნიტური ტალღების სიხშირესა და სიმძლავრესთან, ასევე ვირუსის ზრდის გარემოსთან, თუმცა დიდწილად შეუსწავლელი რჩება. ბოლოდროინდელი კვლევები ფოკუსირებულია თერმული, ათერმული და სტრუქტურული რეზონანსული ენერგიის გადაცემის მექანიზმებზე.
თერმული ეფექტი გაგებულია, როგორც ტემპერატურის მატება, რომელიც გამოწვეულია ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედებით ქსოვილებში პოლარული მოლეკულების მაღალი სიჩქარით ბრუნვით, შეჯახებითა და ხახუნით. ამ თვისების გამო, ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლიათ ვირუსის ტემპერატურის აწევა ფიზიოლოგიური ტოლერანტობის ზღურბლზე მაღლა, რაც იწვევს ვირუსის სიკვდილს. თუმცა, ვირუსები შეიცავს პოლარულ მოლეკულებს მცირე რაოდენობით, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ ვირუსებზე პირდაპირი თერმული ზემოქმედება იშვიათია [1]. პირიქით, გარემოსა და გარემოში გაცილებით მეტი პოლარული მოლეკულაა, მაგალითად, წყლის მოლეკულები, რომლებიც მოძრაობენ ელექტრომაგნიტური ტალღებით აღგზნებული ალტერნატიული ელექტრული ველის შესაბამისად და ხახუნის გზით სითბოს წარმოქმნიან. შემდეგ სითბო გადაეცემა ვირუსს მისი ტემპერატურის ასამაღლებლად. როდესაც ტოლერანტობის ზღვარი გადაჭარბებულია, ნუკლეინის მჟავები და ცილები ნადგურდება, რაც საბოლოოდ ამცირებს ინფექციურობას და ვირუსის ინაქტივაციასაც კი იწვევს.
რამდენიმე ჯგუფმა განაცხადა, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლიათ ვირუსების ინფექციურობის შემცირება თერმული ზემოქმედების გზით [1, 3, 8]. კაჩმარჩიკმა [8] კორონავირუს 229E-ს სუსპენზიები 95 გჰც სიხშირის ელექტრომაგნიტურ ტალღებზე დაამუშავა 70-დან 100 ვტ/სმ² სიმძლავრის სიმკვრივით 0.2-0.7 წმ-ის განმავლობაში. შედეგებმა აჩვენა, რომ ამ პროცესის დროს ტემპერატურის 100°C-ით მატება ხელს უწყობდა ვირუსის მორფოლოგიის განადგურებას და ვირუსის აქტივობის შემცირებას. ეს თერმული ეფექტები შეიძლება აიხსნას ელექტრომაგნიტური ტალღების მოქმედებით მიმდებარე წყლის მოლეკულებზე. სიდჰარტამ [3] სხვადასხვა გენოტიპის, მათ შორის GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a და GT7a, HCV შემცველი უჯრედული კულტურის სუსპენზიები დასხივა 2450 MHz სიხშირის და 90 და 180 W, 360 W, 600 W და 800 W სიმძლავრის ელექტრომაგნიტური ტალღებით. უჯრედული კულტურის გარემოს ტემპერატურის 26°C-დან 92°C-მდე მომატებით, ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ამცირებდა ვირუსის ინფექციურობას ან მთლიანად ინაქტივირებდა ვირუსს. თუმცა, HCV მცირე ხნით ექვემდებარებოდა ელექტრომაგნიტურ ტალღებს დაბალი სიმძლავრით (90 ან 180 W, 3 წუთი) ან უფრო მაღალი სიმძლავრით (600 ან 800 W, 1 წუთი), ტემპერატურის მნიშვნელოვანი მატების გარეშე და ვირუსის ინფექციურობის ან აქტივობის მნიშვნელოვანი ცვლილება არ დაფიქსირებულა.
ზემოთ მოყვანილი შედეგები მიუთითებს, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღების თერმული ეფექტი წარმოადგენს პათოგენური ვირუსების ინფექციურობაზე ან აქტივობაზე გავლენის მქონე ძირითად ფაქტორს. გარდა ამისა, მრავალრიცხოვანმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების თერმული ეფექტი უფრო ეფექტურად ააქტიურებს პათოგენურ ვირუსებს, ვიდრე UV-C და ჩვეულებრივი გათბობა [8, 20, 21, 22, 23, 24].
თერმული ეფექტების გარდა, ელექტრომაგნიტურ ტალღებს ასევე შეუძლიათ შეცვალონ მოლეკულების პოლარობა, როგორიცაა მიკრობული ცილები და ნუკლეინის მჟავები, რაც იწვევს მოლეკულების ბრუნვას და ვიბრაციას, რაც იწვევს სიცოცხლისუნარიანობის შემცირებას ან სიკვდილსაც კი [10]. ითვლება, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღების პოლარობის სწრაფი შეცვლა იწვევს ცილის პოლარიზაციას, რაც იწვევს ცილის სტრუქტურის დაგრეხვას და გამრუდებას და, საბოლოო ჯამში, ცილის დენატურაციას [11].
ელექტრომაგნიტური ტალღების არათერმული ეფექტი ვირუსის ინაქტივაციაზე საკამათო რჩება, თუმცა კვლევების უმეტესობამ დადებითი შედეგები აჩვენა [1, 25]. როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლიათ პირდაპირ შეაღწიონ MS2 ვირუსის გარსის ცილაში და გაანადგურონ ვირუსის ნუკლეინის მჟავა. გარდა ამისა, MS2 ვირუსის აეროზოლები გაცილებით მგრძნობიარეა ელექტრომაგნიტური ტალღების მიმართ, ვიდრე წყლიანი MS2. MS2 ვირუსის აეროზოლების გარშემო არსებულ გარემოში ნაკლებად პოლარული მოლეკულების, როგორიცაა წყლის მოლეკულები, გამო, ათერმულ ეფექტებს შეიძლება მნიშვნელოვანი როლი ჰქონდეთ ელექტრომაგნიტური ტალღებით განპირობებულ ვირუსის ინაქტივაციაში [1].
რეზონანსის ფენომენი გულისხმობს ფიზიკური სისტემის ტენდენციას, შთანთქოს მეტი ენერგია გარემოდან მისი ბუნებრივი სიხშირითა და ტალღის სიგრძით. რეზონანსი ბუნებაში მრავალ ადგილას გვხვდება. ცნობილია, რომ ვირუსები რეზონანსს ახდენენ ერთი და იგივე სიხშირის მიკროტალღებთან შეზღუდული აკუსტიკური დიპოლური რეჟიმში, რაც რეზონანსული ფენომენია [2, 13, 26]. ელექტრომაგნიტურ ტალღასა და ვირუსს შორის ურთიერთქმედების რეზონანსული რეჟიმები სულ უფრო მეტ ყურადღებას იპყრობს. ვირუსებში ელექტრომაგნიტური ტალღებიდან დახურულ აკუსტიკურ რხევებამდე (CAV) ეფექტური სტრუქტურული რეზონანსული ენერგიის გადაცემის (SRET) ეფექტი შეიძლება გამოიწვიოს ვირუსული მემბრანის გახეთქვა ბირთვ-კაფსიდის საპირისპირო ვიბრაციების გამო. გარდა ამისა, SRET-ის საერთო ეფექტურობა დაკავშირებულია გარემოს ბუნებასთან, სადაც ვირუსული ნაწილაკის ზომა და pH განსაზღვრავს შესაბამისად რეზონანსულ სიხშირეს და ენერგიის შთანთქმას [2, 13, 19].
ელექტრომაგნიტური ტალღების ფიზიკური რეზონანსული ეფექტი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს კონვერტში ჩასმული ვირუსების ინაქტივაციაში, რომლებიც ვირუსულ ცილებში ჩადგმული ორშრიანი მემბრანითაა გარშემორტყმული. მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ H3N2-ის დეაქტივაცია 6 გჰც სიხშირის და 486 ვტ/მ² სიმძლავრის სიმკვრივის ელექტრომაგნიტური ტალღებით ძირითადად გამოწვეული იყო გარსის ფიზიკური გახლეჩით რეზონანსული ეფექტის გამო [13]. H3N2 სუსპენზიის ტემპერატურა 15 წუთიანი ზემოქმედების შემდეგ მხოლოდ 7°C-ით გაიზარდა, თუმცა, ადამიანის H3N2 ვირუსის თერმული გაცხელებით ინაქტივაციისთვის საჭიროა 55°C-ზე მეტი ტემპერატურა [9]. მსგავსი მოვლენები დაფიქსირდა ისეთი ვირუსებისთვის, როგორიცაა SARS-CoV-2 და H3N1 [13, 14]. გარდა ამისა, ვირუსების ელექტრომაგნიტური ტალღებით ინაქტივაცია არ იწვევს ვირუსული რნმ გენომების დეგრადაციას [1,13,14]. ამრიგად, H3N2 ვირუსის ინაქტივაციას ხელი შეუწყო ფიზიკურმა რეზონანსმა და არა თერმულმა ზემოქმედებამ [13].
ელექტრომაგნიტური ტალღების თერმულ ეფექტთან შედარებით, ფიზიკური რეზონანსით ვირუსების ინაქტივაცია მოითხოვს უფრო დაბალ დოზის პარამეტრებს, რომლებიც ელექტრო და ელექტრონიკის ინჟინრების ინსტიტუტის (IEEE) მიერ დადგენილ მიკროტალღური უსაფრთხოების სტანდარტებზე დაბალია [2, 13]. რეზონანსული სიხშირე და სიმძლავრის დოზა დამოკიდებულია ვირუსის ფიზიკურ თვისებებზე, როგორიცაა ნაწილაკების ზომა და ელასტიურობა, და რეზონანსულ სიხშირეში არსებული ყველა ვირუსის ინაქტივაციის ეფექტურად დამიზნება შესაძლებელია. მაღალი შეღწევადობის სიჩქარის, მაიონებელი გამოსხივების არარსებობის და კარგი უსაფრთხოების გამო, CPET-ის ათერმული ეფექტით განპირობებული ვირუსის ინაქტივაცია პერსპექტიულია პათოგენური ვირუსებით გამოწვეული ადამიანის ავთვისებიანი დაავადებების სამკურნალოდ [14, 26].
ვირუსების ინაქტივაციის თხევად ფაზაში და სხვადასხვა გარემოს ზედაპირზე განხორციელების საფუძველზე, ელექტრომაგნიტური ტალღები ეფექტურად უმკლავდება ვირუსულ აეროზოლებს [1, 26], რაც გარღვევაა და დიდი მნიშვნელობა აქვს ვირუსის გადაცემის კონტროლისა და საზოგადოებაში ვირუსის გავრცელების პრევენციისთვის. გარდა ამისა, ელექტრომაგნიტური ტალღების ფიზიკური რეზონანსული თვისებების აღმოჩენას დიდი მნიშვნელობა აქვს ამ სფეროში. სანამ კონკრეტული ვირიონისა და ელექტრომაგნიტური ტალღების რეზონანსული სიხშირე ცნობილია, ჭრილობის რეზონანსული სიხშირის დიაპაზონში არსებული ყველა ვირუსის დამიზნება შესაძლებელია, რაც შეუძლებელია ვირუსის ინაქტივაციის ტრადიციული მეთოდებით [13,14,26]. ვირუსების ელექტრომაგნიტური ინაქტივაცია პერსპექტიული კვლევაა დიდი კვლევითი და გამოყენებითი ღირებულებითა და პოტენციალით.
ტრადიციულ ვირუსების განადგურების ტექნოლოგიასთან შედარებით, ელექტრომაგნიტურ ტალღებს თავისი უნიკალური ფიზიკური თვისებების გამო ვირუსების განადგურებისას მარტივი, ეფექტური და პრაქტიკული გარემოს დაცვის მახასიათებლები აქვთ [2, 13]. თუმცა, ბევრი პრობლემა კვლავ რჩება. პირველ რიგში, თანამედროვე ცოდნა შემოიფარგლება ელექტრომაგნიტური ტალღების ფიზიკური თვისებებით და ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივების დროს ენერგიის გამოყენების მექანიზმი არ არის გამჟღავნებული [10, 27]. მიკროტალღური ღუმელები, მათ შორის მილიმეტრიული ტალღები, ფართოდ გამოიყენება ვირუსის ინაქტივაციისა და მისი მექანიზმების შესასწავლად, თუმცა, სხვა სიხშირეებზე ელექტრომაგნიტური ტალღების კვლევები, განსაკუთრებით 100 kHz-დან 300 MHz-მდე და 300 GHz-დან 10 THz-მდე სიხშირეებზე, არ არის აღწერილი. მეორეც, პათოგენური ვირუსების ელექტრომაგნიტური ტალღებით განადგურების მექანიზმი არ არის განმარტებული და შესწავლილია მხოლოდ სფერული და ღეროს ფორმის ვირუსები [2]. გარდა ამისა, ვირუსული ნაწილაკები პატარაა, უჯრედებისგან თავისუფალი, ადვილად მუტაციას განიცდიან და სწრაფად ვრცელდება, რაც ხელს უშლის ვირუსის ინაქტივაციას. ელექტრომაგნიტური ტალღების ტექნოლოგია ჯერ კიდევ საჭიროებს გაუმჯობესებას პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის დაბრკოლების დასაძლევად. და ბოლოს, გარემოში პოლარული მოლეკულების, მაგალითად, წყლის მოლეკულების მიერ გამოსხივების ენერგიის მაღალი შთანთქმა იწვევს ენერგიის დანაკარგს. გარდა ამისა, SRET-ის ეფექტურობაზე შესაძლოა გავლენა იქონიოს ვირუსებში რამდენიმე ამოუცნობმა მექანიზმმა [28]. SRET ეფექტს ასევე შეუძლია ვირუსის გარემოსთან ადაპტაციის შეცვლა, რაც იწვევს ელექტრომაგნიტური ტალღების მიმართ მდგრადობას [29].
მომავალში, ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოყენებით ვირუსის ინაქტივაციის ტექნოლოგია კიდევ უფრო უნდა დაიხვეწოს. ფუნდამენტური სამეცნიერო კვლევა უნდა იყოს მიმართული ელექტრომაგნიტური ტალღებით ვირუსის ინაქტივაციის მექანიზმის გარკვევისკენ. მაგალითად, სისტემატურად უნდა იქნას განმარტებული ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედებისას ვირუსების ენერგიის გამოყენების მექანიზმი, პათოგენური ვირუსების გამანადგურებელი არათერმული მოქმედების დეტალური მექანიზმი და ელექტრომაგნიტურ ტალღებსა და სხვადასხვა ტიპის ვირუსებს შორის SRET ეფექტის მექანიზმი. გამოყენებითი კვლევა უნდა ფოკუსირებული იყოს იმაზე, თუ როგორ უნდა თავიდან ავიცილოთ პოლარული მოლეკულების მიერ რადიაციული ენერგიის ჭარბი შთანთქმა, შევისწავლოთ სხვადასხვა სიხშირის ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენა სხვადასხვა პათოგენურ ვირუსებზე და შევისწავლოთ ელექტრომაგნიტური ტალღების არათერმული ეფექტები პათოგენური ვირუსების განადგურებაზე.
ელექტრომაგნიტური ტალღები პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის პერსპექტიულ მეთოდად იქცა. ელექტრომაგნიტური ტალღების ტექნოლოგიას აქვს დაბალი დაბინძურების, დაბალი ღირებულების და პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის მაღალი ეფექტურობის უპირატესობები, რამაც შეიძლება გადალახოს ტრადიციული ანტივირუსული ტექნოლოგიის შეზღუდვები. თუმცა, ელექტრომაგნიტური ტალღების ტექნოლოგიის პარამეტრების დასადგენად და ვირუსის ინაქტივაციის მექანიზმის გასარკვევად საჭიროა შემდგომი კვლევა.
ელექტრომაგნიტური ტალღის გამოსხივების გარკვეულ დოზას შეუძლია მრავალი პათოგენური ვირუსის სტრუქტურისა და აქტივობის განადგურება. ვირუსის ინაქტივაციის ეფექტურობა მჭიდრო კავშირშია სიხშირესთან, სიმძლავრის სიმკვრივესთან და ექსპოზიციის დროსთან. გარდა ამისა, პოტენციური მექანიზმები მოიცავს ენერგიის გადაცემის თერმულ, ათერმულ და სტრუქტურულ რეზონანსულ ეფექტებს. ტრადიციულ ანტივირუსულ ტექნოლოგიებთან შედარებით, ელექტრომაგნიტურ ტალღაზე დაფუძნებულ ვირუსის ინაქტივაციას აქვს სიმარტივის, მაღალი ეფექტურობისა და დაბალი დაბინძურების უპირატესობები. ამიტომ, ელექტრომაგნიტური ტალღის შუამავლობით ვირუსის ინაქტივაცია მომავალი გამოყენებისთვის პერსპექტიულ ანტივირუსულ ტექნიკად იქცა.
უ იუ. მიკროტალღური გამოსხივებისა და ცივი პლაზმის გავლენა ბიოაეროზოლის აქტივობასა და მასთან დაკავშირებულ მექანიზმებზე. პეკინის უნივერსიტეტი. 2013 წელი.
სან CK, ცაი YC, ჩენ იე, ლიუ TM, ჩენ ჰ.ი., ვანგ HC და სხვ. მიკროტალღების რეზონანსული დიპოლური შეერთება და შეზღუდული აკუსტიკური რხევები ბაკულოვირუსებში. სამეცნიერო ანგარიში 2017; 7(1):4611.
სიდჰარტა ა., პფაენდერ ს., მალასა ა., დოერბეკერი ჯ., ანგაკუსუმა, ენგელმანი მ. და სხვ. C ჰეპატიტისა და აივ ინფექციის მიკროტალღური ინაქტივაცია: ახალი მიდგომა ვირუსის გადაცემის პრევენციისთვის ინექციური ნარკოტიკების მომხმარებლებს შორის. სამეცნიერო ანგარიში 2016; 6:36619.
იან სქს, ვანგ რნ, კაი იჯ, სონგ ილ, კვ ჰლ. საავადმყოფოს დოკუმენტების მიკროტალღური დეზინფექციით დაბინძურების კვლევა და ექსპერიმენტული დაკვირვება [J] ჩინური სამედიცინო ჟურნალი. 1987; 4:221-2.
სუნ ვეი. ნატრიუმის დიქლოროიზოციანატის ინაქტივაციის მექანიზმისა და ეფექტურობის წინასწარი კვლევა ბაქტერიოფაგ MS2-ის წინააღმდეგ. სიჩუანის უნივერსიტეტი. 2007.
იანგ ლი. ბაქტერიოფაგ MS2-ზე ო-ფტალალდეჰიდის ინაქტივაციის ეფექტისა და მოქმედების მექანიზმის წინასწარი კვლევა. სიჩუანის უნივერსიტეტი. 2007.
ვუ იე, ქალბატონი იაო. ჰაერწვეთოვანი გზით გადამდები ვირუსის ადგილზე ინაქტივაცია მიკროტალღური გამოსხივებით. ჩინური მეცნიერების ბიულეტენი. 2014;59(13):1438-45.
კაჩმარჩიკი ლ.ს., მარსაი კ.ს., შევჩენკო ს., პილოსოფი მ., ლევი ნ., ეინატი მ. და სხვ. კორონავირუსები და პოლიოვირუსები მგრძნობიარენი არიან W-დიაპაზონის ციკლოტრონული გამოსხივების მოკლე იმპულსების მიმართ. წერილი გარემოს ქიმიის შესახებ. 2021;19(6):3967-72.
იონგეს მ., ლიუ ვ.მ., ვან დერ ვრის ე., იაკობი რ., პრონკ ი., ბუგ ს. და სხვ. გრიპის ვირუსის ინაქტივაცია ანტიგენურობის კვლევებისა და ფენოტიპური ნეირამინიდაზას ინჰიბიტორების მიმართ რეზისტენტობის ანალიზებისთვის. კლინიკური მიკრობიოლოგიის ჟურნალი. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia და სხვ. მიკროტალღური სტერილიზაციის მიმოხილვა. გუანგდონგის მიკროელემენტების მეცნიერება. 2013; 20 (6): 67-70.
ლი ჯიჟი. მიკროტალღური ღუმელების არათერმული ბიოლოგიური ეფექტები საკვების მიკროორგანიზმებსა და მიკროტალღური სტერილიზაციის ტექნოლოგიაზე [ჯ.ჯ. სამხრეთ-დასავლეთის ეროვნულთა უნივერსიტეტი (ბუნებისმეტყველების გამოცემა). 2006; 6:1219–22.
აფაგი პ., ლაპოლა მ.ა., განდი კ. SARS-CoV-2-ის პიკური ცილის დენატურაცია ათერმული მიკროტალღური დასხივებისას. სამეცნიერო ანგარიში 2021; 11(1):23373.
იანგ ს.ს., ლინ ჰ.ს., ლიუ ტ.მ., ლუ ჯ.თ., ჰონგ ვ.თ., ჰუანგ ი.რ. და სხვ. მიკროტალღებიდან ვირუსებში შეზღუდულ აკუსტიკურ რხევებამდე ეფექტური სტრუქტურული რეზონანსული ენერგიის გადაცემა. სამეცნიერო ანგარიში 2015; 5:18030.
ბარბორა ა., მინეს რ. მიზნობრივი ანტივირუსული თერაპია არაიონიზირებადი რადიაციული თერაპიის გამოყენებით SARS-CoV-2-ის სამკურნალოდ და ვირუსული პანდემიისთვის მომზადება: მეთოდები, მეთოდები და პრაქტიკული ჩანაწერები კლინიკური გამოყენებისთვის. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
იანგ ჰუიმინგი. მიკროტალღური სტერილიზაცია და მასზე მოქმედი ფაქტორები. ჩინური სამედიცინო ჟურნალი. 1993;(04):246-51.
პეიჯ ვ.ჯ., მარტინ ვ.გ. მიკრობების გადარჩენა მიკროტალღურ ღუმელებში. You can J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
ელჰაფი გ., ნეილორ ს.ჯ., სევიჯი კ.ე., ჯონსი რს. მიკროტალღური ან ავტოკლავური დამუშავება ანადგურებს ინფექციური ბრონქიტის ვირუსის და ფრინველის პნევმოვირუსის ინფექციურობას, მაგრამ საშუალებას იძლევა მათი აღმოჩენა უკუტრანსკრიპტაზას პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის გამოყენებით. ფრინველის დაავადება. 2004;33(3):303-6.
ბენ-შოშან მ., მანდელ დ., ლუბეცკი რ., დოლბერგ ს., მიმოუნი ფ.ბ. ციტომეგალოვირუსის მიკროტალღური აღმოფხვრა დედის რძიდან: პილოტური კვლევა. ძუძუთი კვების მედიცინა. 2016;11:186-7.
ვანგ პ.ჯ., პანგ ი.ჰ., ჰუანგ სი., ფანგ ჯ.ტ., ჩანგ სი., შიჰ ს.რ. და სხვ. SARS-CoV-2 ვირუსის მიკროტალღური რეზონანსული შთანთქმა. სამეცნიერო ანგარიში 2022; 12(1): 12596.
საბინო CP, სელერა FP, სალეს-მედინა DF, მაჩადო RRG, დურიგონ EL, ფრეიტას-ჯუნიორ LH და სხვები. SARS-CoV-2-ის UV-C (254 ნმ) ლეტალური დოზა. სინათლის დიაგნოსტიკა Photodyne Ther. 2020;32:101995.
სტორმ ნ., მაკკეი LGA, დაუნსი ს.ნ., ჯონსონი რი.ი., ბირუ დ., დე სამბერი მ. და სხვ. SARS-CoV-2-ის სწრაფი და სრული ინაქტივაცია UV-C-ით. სამეცნიერო ანგარიში 2020; 10(1):22421.