ელექტრომაგნიტური ტალღების ეფექტი პათოგენურ ვირუსებზე და მასთან დაკავშირებულ მექანიზმებზე: მიმოხილვა ვირუსოლოგიის ჟურნალში

პათოგენური ვირუსული ინფექციები მსოფლიო ჯანდაცვის მთავარ პრობლემად იქცა. ვირუსებს შეუძლიათ დააინფიცირონ ყველა ფიჭური ორგანიზმი და გამოიწვიონ სხვადასხვა ხარისხის დაზიანება და დაზიანება, რამაც გამოიწვიოს დაავადებები და სიკვდილიც კი. უაღრესად პათოგენური ვირუსების გავრცელების გამო, როგორიცაა მძიმე მწვავე რესპირატორული სინდრომი, კორონავირუსი 2 (SARS-CoV-2), აუცილებელია პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის ეფექტური და უსაფრთხო მეთოდების შემუშავების გადაუდებელი აუცილებლობა. პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის ტრადიციული მეთოდები პრაქტიკულია, მაგრამ აქვს გარკვეული შეზღუდვები. მაღალი შეღწევადობის, ფიზიკური რეზონანსის და დაბინძურების გარეშე მახასიათებლების გამო, ელექტრომაგნიტური ტალღები გახდა პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის პოტენციური სტრატეგია და იპყრობს მზარდ ყურადღებას. ამ სტატიაში მოცემულია ბოლო პუბლიკაციების მიმოხილვა ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედების შესახებ პათოგენურ ვირუსებზე და მათ მექანიზმებზე, აგრეთვე ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოყენების პერსპექტივებს პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციისთვის, აგრეთვე ახალი იდეებისა და მეთოდების შესახებ ასეთი ინაქტივაციისთვის.
ბევრი ვირუსი სწრაფად ვრცელდება, გრძელდება დიდი ხნის განმავლობაში, ძალიან პათოგენურია და შეიძლება გამოიწვიოს გლობალური ეპიდემიები და ჯანმრთელობის სერიოზული რისკები. პრევენცია, გამოვლენა, ტესტირება, აღმოფხვრა და მკურნალობა არის ძირითადი ნაბიჯები ვირუსის გავრცელების შესაჩერებლად. პათოგენური ვირუსების სწრაფი და ეფექტური ელიმინაცია მოიცავს პროფილაქტიკურ, დამცავ და წყაროს ელიმინაციას. პათოგენური ვირუსების ინაქტივაცია ფიზიოლოგიური განადგურებით მათი ინფექციურობის, პათოგენურობის და რეპროდუქციული შესაძლებლობების შესამცირებლად არის მათი აღმოფხვრის ეფექტური მეთოდი. ტრადიციულ მეთოდებს, მათ შორის მაღალ ტემპერატურას, ქიმიურ ნივთიერებებს და მაიონებელი გამოსხივებას, შეუძლიათ ეფექტურად გაააქტიურონ პათოგენური ვირუსები. თუმცა, ამ მეთოდებს ჯერ კიდევ აქვთ გარკვეული შეზღუდვები. აქედან გამომდინარე, ჯერ კიდევ არსებობს გადაუდებელი აუცილებლობა პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის ინოვაციური სტრატეგიების შემუშავებისთვის.
ელექტრომაგნიტური ტალღების ემისიას აქვს მაღალი შეღწევადობის სიმძლავრის, სწრაფი და ერთგვაროვანი გათბობა, მიკროორგანიზმებთან რეზონანსი და პლაზმური გამოყოფის უპირატესობა და, სავარაუდოდ, გახდება პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის პრაქტიკული მეთოდი [1,2,3]. ელექტრომაგნიტური ტალღების უნარი პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციისთვის გამოვლინდა გასულ საუკუნეში [4]. ბოლო წლებში ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოყენებამ პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციისთვის მიიპყრო მზარდი ყურადღება. ეს სტატია განიხილავს ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენას პათოგენურ ვირუსებზე და მათ მექანიზმებზე, რაც შეიძლება სასარგებლო სახელმძღვანელო იყოს ძირითადი და გამოყენებითი კვლევებისთვის.
ვირუსების მორფოლოგიური მახასიათებლები შეიძლება ასახავდეს ისეთ ფუნქციებს, როგორიცაა გადარჩენა და ინფექციურობა. დადასტურებულია, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, განსაკუთრებით ულტრა მაღალი სიხშირის (UHF) და ულტრა მაღალი სიხშირის (EHF) ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლია ვირუსების მორფოლოგია დაარღვიოს.
ბაქტერიოფაგი MS2 (MS2) ხშირად გამოიყენება კვლევის სხვადასხვა სფეროში, როგორიცაა დეზინფექციის შეფასება, კინეტიკური მოდელირება (წყლიანი) და ვირუსული მოლეკულების ბიოლოგიური დახასიათება [5, 6]. ვუ აღმოაჩინა, რომ მიკროტალღები 2450 MHz და 700 W იწვევდა MS2 წყლის ფაგების აგრეგაციას და მნიშვნელოვან შემცირებას პირდაპირი დასხივების 1 წუთის შემდეგ [1]. შემდგომი გამოკვლევის შემდეგ, ასევე დაფიქსირდა MS2 ფაგის ზედაპირზე შესვენება [7]. Kaczmarczyk-მა [8] გამოავლინა კორონავირუსის 229E (CoV-229E) ნიმუშების სუსპენზია მილიმეტრულ ტალღებზე 95 გჰც სიხშირით და სიმძლავრის სიმჭიდროვე 70-დან 100 ვტ/სმ2-მდე 0,1 წამის განმავლობაში. ვირუსის უხეშ სფერულ გარსში შეიძლება აღმოჩნდეს დიდი ხვრელები, რაც იწვევს მისი შიგთავსის დაკარგვას. ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედება შეიძლება დამანგრეველი იყოს ვირუსული ფორმებისთვის. თუმცა, მორფოლოგიური თვისებების ცვლილებები, როგორიცაა ფორმა, დიამეტრი და ზედაპირის სიგლუვე, ელექტრომაგნიტური გამოსხივებით ვირუსის ზემოქმედების შემდეგ უცნობია. აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია მორფოლოგიურ მახასიათებლებსა და ფუნქციურ აშლილობებს შორის კავშირის გაანალიზება, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს ღირებული და მოსახერხებელი ინდიკატორები ვირუსის ინაქტივაციის შესაფასებლად [1].
ვირუსული სტრუქტურა ჩვეულებრივ შედგება შიდა ნუკლეინის მჟავისგან (რნმ ან დნმ) და გარე კაფსიდისგან. ნუკლეინის მჟავები განსაზღვრავენ ვირუსების გენეტიკურ და რეპლიკაციურ თვისებებს. კაფსიდი არის რეგულარულად მოწყობილი ცილის ქვედანაყოფების გარე შრე, ვირუსული ნაწილაკების ძირითადი ხარაჩო და ანტიგენური კომპონენტი და ასევე იცავს ნუკლეინის მჟავებს. ვირუსების უმეტესობას აქვს კონვერტის სტრუქტურა, რომელიც შედგება ლიპიდების და გლიკოპროტეინებისგან. გარდა ამისა, კონვერტის პროტეინები განსაზღვრავენ რეცეპტორების სპეციფიკას და ემსახურებიან როგორც მთავარ ანტიგენებს, რომელთა ამოცნობაც შეუძლია მასპინძლის იმუნურ სისტემას. სრული სტრუქტურა უზრუნველყოფს ვირუსის მთლიანობასა და გენეტიკურ სტაბილურობას.
კვლევამ აჩვენა, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, განსაკუთრებით UHF ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, შეუძლია დააზიანოს დაავადების გამომწვევი ვირუსების რნმ. ვუ [1] პირდაპირ აჩვენა MS2 ვირუსის წყლის გარემო 2450 MHz მიკროტალღურ ღუმელზე 2 წუთის განმავლობაში და გააანალიზა გენები, რომლებიც აკოდირებენ პროტეინს A, კაფსიდის პროტეინს, რეპლიკაზას პროტეინს და დაშლის პროტეინს გელის ელექტროფორეზით და საპირისპირო ტრანსკრიფციის პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციით. RT-PCR). ეს გენები თანდათანობით განადგურდა სიმძლავრის სიმკვრივის მატებასთან ერთად და გაქრა კიდეც უმაღლესი სიმძლავრის სიმკვრივით. მაგალითად, პროტეინის A გენის გამოხატულება (934 bp) მნიშვნელოვნად შემცირდა ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედების შემდეგ, რომელთა სიმძლავრე იყო 119 და 385 ვტ და მთლიანად გაქრა, როდესაც სიმძლავრის სიმკვრივე გაიზარდა 700 ვტ-მდე. ეს მონაცემები მიუთითებს, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლია: დოზის მიხედვით, ანადგურებს ვირუსების ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურას.
ბოლო კვლევებმა აჩვენა, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღების მოქმედება პათოგენურ ვირუსულ ცილებზე ძირითადად ეფუძნება მათ არაპირდაპირ თერმულ ეფექტს შუამავლებზე და მათ არაპირდაპირ გავლენას ცილის სინთეზზე ნუკლეინის მჟავების განადგურების გამო [1, 3, 8, 9]. თუმცა, თერმულ ეფექტებს ასევე შეუძლია შეცვალოს ვირუსული ცილების პოლარობა ან სტრუქტურა [1, 10, 11]. ელექტრომაგნიტური ტალღების პირდაპირი ზემოქმედება ფუნდამენტურ სტრუქტურულ/არასტრუქტურულ პროტეინებზე, როგორიცაა კაფსიდური ცილები, კონვერტის ცილები ან პათოგენური ვირუსების მწვერვალების ცილები კვლავ საჭიროებს დამატებით შესწავლას. ცოტა ხნის წინ ვარაუდობენ, რომ 2 წუთი ელექტრომაგნიტური გამოსხივება 2,45 გჰც სიხშირეზე 700 ვტ სიმძლავრით შეუძლია ურთიერთქმედება ცილის მუხტების სხვადასხვა ფრაქციებთან ცხელი წერტილების ფორმირებით და რხევადი ელექტრული ველებით წმინდა ელექტრომაგნიტური ეფექტებით [12].
პათოგენური ვირუსის გარსი მჭიდრო კავშირშია მის უნართან დაინფიცირების ან დაავადების გამოწვევის უნართან. რამდენიმე კვლევამ აჩვენა, რომ UHF და მიკროტალღური ელექტრომაგნიტური ტალღები შეიძლება გაანადგურონ დაავადების გამომწვევი ვირუსების გარსი. როგორც ზემოთ აღინიშნა, განსხვავებული ხვრელების აღმოჩენა შესაძლებელია კორონავირუსის 229E ვირუსულ კონვერტში 0,1 წამის შემდეგ 95 გჰც მილიმეტრიანი ტალღის ზემოქმედების შემდეგ 70-დან 100 ვტ/სმ2-მდე სიმძლავრის სიმჭიდროვეზე [8]. ელექტრომაგნიტური ტალღების რეზონანსული ენერგიის გადაცემის ეფექტმა შეიძლება გამოიწვიოს საკმარისი სტრესი, რათა გაანადგუროს ვირუსის კონვერტის სტრუქტურა. გარსით დაფარული ვირუსებისთვის, კონვერტის გახეთქვის შემდეგ, ინფექციურობა ან გარკვეული აქტივობა ჩვეულებრივ მცირდება ან მთლიანად იკარგება [13, 14]. იანგმა [13] აჩვენა გრიპის H3N2 (H3N2) გრიპის ვირუსი და H1N1 (H1N1) გრიპის ვირუსი მიკროტალღებზე 8,35 გჰც, 320 ვტ/მ² და 7 გჰც, 308 ვტ/მ², შესაბამისად, 15 წუთის განმავლობაში. ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედების ქვეშ მყოფი პათოგენური ვირუსების რნმ სიგნალებისა და ფრაგმენტული მოდელის გაყინვისა და თხევადი აზოტის რამდენიმე ციკლის განმავლობაში დაუყოვნებლივ გალღობის მიზნით, ჩატარდა RT-PCR. შედეგებმა აჩვენა, რომ ორი მოდელის რნმ სიგნალები ძალიან თანმიმდევრულია. ეს შედეგები მიუთითებს, რომ ვირუსის ფიზიკური სტრუქტურა დარღვეულია და კონვერტის სტრუქტურა განადგურებულია მიკროტალღური გამოსხივების ზემოქმედების შემდეგ.
ვირუსის აქტივობა შეიძლება ხასიათდებოდეს მისი ინფიცირების, რეპლიკაციისა და ტრანსკრიფციის უნარით. ვირუსული ინფექცია ან აქტივობა ჩვეულებრივ ფასდება ვირუსის ტიტრის გაზომვით დაფების ანალიზის, ქსოვილის კულტურის მედიანური ინფექციური დოზის (TCID50) ან ლუციფერაზას რეპორტიორი გენის აქტივობის გამოყენებით. მაგრამ ის ასევე შეიძლება პირდაპირ შეფასდეს ცოცხალი ვირუსის იზოლირებით ან ვირუსული ანტიგენის, ვირუსის ნაწილაკების სიმკვრივის, ვირუსის გადარჩენის ანალიზით და ა.შ.
ცნობილია, რომ UHF, SHF და EHF ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლიათ პირდაპირ გაააქტიურონ ვირუსული აეროზოლები ან წყლის ვირუსები. Wu [1] ლაბორატორიული ნებულაიზერის მიერ წარმოქმნილი MS2 ბაქტერიოფაგის აეროზოლს ავლენდა ელექტრომაგნიტურ ტალღებზე 2450 MHz სიხშირით და 700 W სიმძლავრით 1,7 წუთის განმავლობაში, ხოლო MS2 ბაქტერიოფაგის გადარჩენის მაჩვენებელი იყო მხოლოდ 8,66%. MS2 ვირუსული აეროზოლის მსგავსად, MS2-ის 91,3% ინაქტივირებული იყო ელექტრომაგნიტური ტალღების იგივე დოზის ზემოქმედებიდან 1,5 წუთში. გარდა ამისა, ელექტრომაგნიტური გამოსხივების უნარი MS2 ვირუსის ინაქტივაციისთვის დადებითად იყო დაკავშირებული დენის სიმკვრივესთან და ექსპოზიციის დროსთან. თუმცა, როდესაც დეაქტივაციის ეფექტურობა მიაღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას, დეაქტივაციის ეფექტურობა ვერ გაუმჯობესდება ექსპოზიციის დროის გაზრდით ან დენის სიმკვრივის გაზრდით. მაგალითად, MS2 ვირუსს ჰქონდა გადარჩენის მინიმალური მაჩვენებელი 2.65%-დან 4.37%-მდე 2450 MHz და 700 W ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედების შემდეგ და მნიშვნელოვანი ცვლილებები არ იქნა ნაპოვნი ექსპოზიციის დროის გაზრდით. სიდჰარტამ [3] დაასხივა უჯრედული კულტურის სუსპენზია, რომელიც შეიცავს C ჰეპატიტის ვირუსს (HCV)/ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსს ტიპი 1 (HIV-1) ელექტრომაგნიტური ტალღებით 2450 MHz სიხშირით და 360 W სიმძლავრით. მათ აღმოაჩინეს, რომ ვირუსის ტიტრები მნიშვნელოვნად დაეცა. ზემოქმედების 3 წუთის შემდეგ, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღის გამოსხივება ეფექტურია HCV და აივ-1 ინფექციაა და ხელს უწყობს ვირუსის გადაცემის თავიდან აცილებას, მაშინაც კი, როდესაც ერთად ზემოქმედებს. HCV უჯრედების კულტურების და აივ-1 სუსპენზიების დასხივებისას დაბალი სიმძლავრის ელექტრომაგნიტური ტალღებით 2450 MHz, 90 W ან 180 W სიხშირით, არ იცვლება ვირუსის ტიტრი, რომელიც განისაზღვრება ლუციფერაზას მომხსენებლის აქტივობით და მნიშვნელოვანი ცვლილება ვირუსულ ინფექციურობაში. დაფიქსირდა. 1 წუთის განმავლობაში 600 და 800 ვტ სიმძლავრის დროს ორივე ვირუსის ინფექციურობა მნიშვნელოვნად არ შემცირდა, რაც, სავარაუდოდ, დაკავშირებულია ელექტრომაგნიტური ტალღის გამოსხივების სიმძლავრესთან და კრიტიკული ტემპერატურის ზემოქმედების დროს.
Kaczmarczyk-მა [8] პირველად აჩვენა EHF ელექტრომაგნიტური ტალღების ლეტალურობა წყლის პათოგენური ვირუსების წინააღმდეგ 2021 წელს. მათ გამოავლინეს კორონავირების 229E ან პოლიოვირუსის (PV) ნიმუშები ელექტრომაგნიტურ ტალღებზე 95 გჰც სიხშირით და სიმძლავრის სიმკვრივით 70-დან 200 ვტ/სმ-მდე. 2 წამის განმავლობაში. ორი პათოგენური ვირუსის ინაქტივაციის ეფექტურობა იყო შესაბამისად 99,98% და 99,375%. რაც მიუთითებს, რომ EHF ელექტრომაგნიტურ ტალღებს აქვს ფართო გამოყენების პერსპექტივები ვირუსის ინაქტივაციის სფეროში.
ვირუსების UHF ინაქტივაციის ეფექტურობა ასევე შეფასებულია სხვადასხვა მედიაში, როგორიცაა დედის რძე და ზოგიერთ მასალაში, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება სახლში. მკვლევარებმა ადენოვირუსით (ADV), პოლიოვირუსის ტიპი 1 (PV-1), ჰერპესვირუსით 1 (HV-1) და რინოვირუსით (RHV) დაბინძურებული ანესთეზიის ნიღბები ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას აჩვენეს 2450 MHz სიხშირით და 720 ვატი სიმძლავრით. მათ განაცხადეს, რომ ტესტები ADV და PV-1 ანტიგენებზე უარყოფითი გახდა და HV-1, PIV-3 და RHV ტიტრები ნულამდე დაეცა, რაც მიუთითებს ყველა ვირუსის სრულ ინაქტივაციაზე 4 წუთის ექსპოზიციის შემდეგ [15, 16]. ელჰაფიმ [17] უშუალოდ აჩვენა ფრინველის ინფექციური ბრონქიტის ვირუსით (IBV), ფრინველის პნევმოვირუსით (APV), ნიუკასლის დაავადების ვირუსით (NDV) და ფრინველის გრიპის ვირუსით (AIV) ინფიცირებული ნაცხი 2450 MHz, 900 W მიკროტალღურ ღუმელში. კარგავენ ინფექციურობას. მათ შორის, APV და IBV დამატებით იქნა აღმოჩენილი მე-5 თაობის ქათმის ემბრიონებიდან მიღებული ტრაქეის ორგანოების კულტურებში. მიუხედავად იმისა, რომ ვირუსის იზოლირება ვერ მოხერხდა, ვირუსული ნუკლეინის მჟავა მაინც გამოვლინდა RT-PCR-ით. ბენ-შოშანმა [18] პირდაპირ აჩვენა 2450 MHz, 750 W ელექტრომაგნიტური ტალღები ციტომეგალოვირუსის (CMV) დადებითი დედის რძის 15 ნიმუშზე 30 წამის განმავლობაში. ანტიგენის გამოვლენამ Shell-Vial-ით აჩვენა CMV-ის სრული ინაქტივაცია. თუმცა, 500 ვტ-ზე, 15 ნიმუშიდან 2-მა ვერ მიაღწია სრულ ინაქტივაციას, რაც მიუთითებს დადებით კორელაციაზე ინაქტივაციის ეფექტურობასა და ელექტრომაგნიტური ტალღების ძალას შორის.
ასევე აღსანიშნავია, რომ იანგმა [13] იწინასწარმეტყველა რეზონანსული სიხშირე ელექტრომაგნიტურ ტალღებსა და ვირუსებს შორის დადგენილ ფიზიკურ მოდელებზე დაყრდნობით. H3N2 ვირუსის ნაწილაკების სუსპენზია 7,5 × 1014 მ-3 სიმკვრივით, წარმოებული ვირუსზე მგრძნობიარე Madin Darby ძაღლის თირკმლის უჯრედებით (MDCK), პირდაპირ ექვემდებარებოდა ელექტრომაგნიტურ ტალღებს 8 გჰც სიხშირით და სიმძლავრით 820. W/m² 15 წუთის განმავლობაში. H3N2 ვირუსის ინაქტივაციის დონე 100%-ს აღწევს. თუმცა, 82 ვტ/მ2 თეორიულ ზღურბლზე, H3N2 ვირუსის მხოლოდ 38% იყო ინაქტივირებული, რაც ვარაუდობს, რომ EM შუამავლობით ვირუსის ინაქტივაციის ეფექტურობა მჭიდრო კავშირშია სიმძლავრის სიმჭიდროვესთან. ამ კვლევის საფუძველზე, ბარბორამ [14] გამოთვალა რეზონანსული სიხშირის დიაპაზონი (8.5–20 გჰც) ელექტრომაგნიტურ ტალღებსა და SARS-CoV-2-ს შორის და დაასკვნა, რომ SARS-CoV-2-ის 7.5 × 1014 მ-3 ექვემდებარება ელექტრომაგნიტურ ტალღებს A ტალღას. სიხშირით 10-17 გჰც და სიმძლავრის სიმჭიდროვე 14,5 ± 1 W/m2 დაახლოებით 15 წუთის განმავლობაში გამოიწვევს 100% დეაქტივაციას. Wang [19]-ის ბოლო კვლევამ აჩვენა, რომ SARS-CoV-2-ის რეზონანსული სიხშირეები არის 4 და 7,5 გჰც, რაც ადასტურებს რეზონანსული სიხშირეების არსებობას ვირუსის ტიტრისგან დამოუკიდებელი.
დასასრულს, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლია გავლენა მოახდინოს აეროზოლებზე და სუსპენზიებზე, ასევე ვირუსების აქტივობაზე ზედაპირებზე. აღმოჩნდა, რომ ინაქტივაციის ეფექტურობა მჭიდრო კავშირშია ელექტრომაგნიტური ტალღების სიხშირესა და სიმძლავრესთან და ვირუსის ზრდისთვის გამოყენებულ საშუალებებთან. გარდა ამისა, ფიზიკურ რეზონანსებზე დაფუძნებული ელექტრომაგნიტური სიხშირეები ძალიან მნიშვნელოვანია ვირუსის ინაქტივაციისთვის [2, 13]. აქამდე ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენა პათოგენური ვირუსების აქტივობაზე ძირითადად ორიენტირებული იყო ინფექციურობის შეცვლაზე. რთული მექანიზმის გამო, რამდენიმე კვლევამ აჩვენა ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენა პათოგენური ვირუსების რეპლიკაციასა და ტრანსკრიფციაზე.
მექანიზმები, რომლითაც ელექტრომაგნიტური ტალღები ააქტიურებენ ვირუსებს, მჭიდრო კავშირშია ვირუსის ტიპთან, ელექტრომაგნიტური ტალღების სიხშირესა და სიმძლავრესთან და ვირუსის ზრდის გარემოსთან, მაგრამ ძირითადად შეუსწავლელია. ბოლო კვლევები ფოკუსირებულია თერმული, თერმული და სტრუქტურული რეზონანსული ენერგიის გადაცემის მექანიზმებზე.
თერმული ეფექტი გაგებულია, როგორც ტემპერატურის მატება, რომელიც გამოწვეულია მაღალი სიჩქარით ბრუნვით, ქსოვილებში პოლარული მოლეკულების შეჯახებით და ხახუნით ელექტრომაგნიტური ტალღების გავლენის ქვეშ. ამ თვისების გამო, ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლია აწიოს ვირუსის ტემპერატურა ფიზიოლოგიური ტოლერანტობის ზღურბლზე მაღლა, რაც იწვევს ვირუსის სიკვდილს. თუმცა, ვირუსები შეიცავს რამდენიმე პოლარულ მოლეკულას, რაც იმაზე მეტყველებს, რომ ვირუსებზე პირდაპირი თერმული ზემოქმედება იშვიათია [1]. პირიქით, გარემოსა და გარემოში კიდევ ბევრი პოლარული მოლეკულაა, როგორიცაა წყლის მოლეკულები, რომლებიც მოძრაობენ ელექტრომაგნიტური ტალღებით აღგზნებული ალტერნატიული ელექტრული ველის შესაბამისად და წარმოქმნიან სითბოს ხახუნის გზით. შემდეგ სითბო გადაეცემა ვირუსს მისი ტემპერატურის ასამაღლებლად. როდესაც ტოლერანტობის ზღვარი გადააჭარბებს, ნუკლეინის მჟავები და ცილები ნადგურდება, რაც საბოლოოდ ამცირებს ინფექციურობას და ააქტიურებს ვირუსსაც კი.
რამდენიმე ჯგუფმა განაცხადა, რომ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლია შეამციროს ვირუსების ინფექციურობა თერმული ზემოქმედების გზით [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] კორონა 229E-ის სუსპენზიას ავლენს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს 95 გჰც სიხშირით, სიმძლავრის სიმჭიდროვით 70-დან 100 ვტ/სმ²-მდე 0,2-0,7 წმ. შედეგებმა აჩვენა, რომ ტემპერატურის მატებამ 100°C-ით ამ პროცესის დროს ხელი შეუწყო ვირუსის მორფოლოგიის განადგურებას და ვირუსის აქტივობის შემცირებას. ეს თერმული ეფექტები აიხსნება ელექტრომაგნიტური ტალღების მოქმედებით მიმდებარე წყლის მოლეკულებზე. Siddharta [3] დასხივებული HCV შემცველი უჯრედული კულტურის სუსპენზია სხვადასხვა გენოტიპების, მათ შორის GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a და GT7a, ელექტრომაგნიტური ტალღებით 2450 MHz სიხშირეზე და სიმძლავრე 3180 W, W, 600 W და 800 სამ უჯრედული კულტურის გარემოს ტემპერატურის ზრდით 26°C-დან 92°C-მდე, ელექტრომაგნიტურმა გამოსხივებამ შეამცირა ვირუსის ინფექციურობა ან მთლიანად გაააქტიურა ვირუსი. მაგრამ HCV ექვემდებარებოდა ელექტრომაგნიტურ ტალღებს მცირე დროით დაბალი სიმძლავრის (90 ან 180 W, 3 წუთი) ან უფრო მაღალი სიმძლავრის (600 ან 800 W, 1 წუთი), ხოლო ტემპერატურის მნიშვნელოვანი ზრდა და მნიშვნელოვანი ცვლილება არ ყოფილა. ვირუსი არ შეინიშნებოდა ინფექციურ და აქტივობაზე.
ზემოაღნიშნული შედეგები მიუთითებს, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღების თერმული ეფექტი არის ძირითადი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს პათოგენური ვირუსების ინფექციურობაზე ან აქტივობაზე. გარდა ამისა, მრავალრიცხოვანმა კვლევამ აჩვენა, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების თერმული ეფექტი ააქტიურებს პათოგენურ ვირუსებს უფრო ეფექტურად, ვიდრე UV-C და ჩვეულებრივი გათბობა [8, 20, 21, 22, 23, 24].
თერმული ეფექტების გარდა, ელექტრომაგნიტურ ტალღებს ასევე შეუძლია შეცვალოს 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 გადართვა იწვევს ცილის პოლარიზაციას, რაც იწვევს ცილის სტრუქტურის გადახვევას და გამრუდებას და, საბოლოო ჯამში, ცილის დენატურაციას [11].
ელექტრომაგნიტური ტალღების არათერმული ეფექტი ვირუსის ინაქტივაციაზე საკამათო რჩება, მაგრამ კვლევების უმეტესობამ აჩვენა დადებითი შედეგები [1, 25]. როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლია პირდაპირ შეაღწიოს MS2 ვირუსის კონვერტის ცილაში და გაანადგუროს ვირუსის ნუკლეინის მჟავა. გარდა ამისა, MS2 ვირუსის აეროზოლები ბევრად უფრო მგრძნობიარეა ელექტრომაგნიტური ტალღების მიმართ, ვიდრე წყლის MS2. ნაკლებად პოლარული მოლეკულების გამო, როგორიცაა წყლის მოლეკულები, MS2 ვირუსის აეროზოლების მიმდებარე გარემოში, თერმული ეფექტები შესაძლოა გადამწყვეტი როლი ითამაშოს ელექტრომაგნიტური ტალღებით გამოწვეული ვირუსის ინაქტივაციაში [1].
რეზონანსის ფენომენი გულისხმობს ფიზიკური სისტემის ტენდენციას, შეიწოვოს მეტი ენერგია თავისი გარემოდან ბუნებრივი სიხშირითა და ტალღის სიგრძით. რეზონანსი ბუნებაში ბევრ ადგილას ხდება. ცნობილია, რომ ვირუსები რეზონანს ახდენენ იმავე სიხშირის მიკროტალღებთან შეზღუდული აკუსტიკური დიპოლური რეჟიმში, რეზონანსული ფენომენი [2, 13, 26]. ელექტრომაგნიტურ ტალღასა და ვირუსს შორის ურთიერთქმედების რეზონანსული რეჟიმები სულ უფრო მეტ ყურადღებას იპყრობს. ეფექტური სტრუქტურული რეზონანსული ენერგიის გადაცემის (SRET) ეფექტმა ელექტრომაგნიტური ტალღებიდან დახურულ აკუსტიკური რხევებამდე (CAV) ვირუსებში შეიძლება გამოიწვიოს ვირუსული მემბრანის რღვევა ბირთვ-კაფსიდის საწინააღმდეგო ვიბრაციების გამო. გარდა ამისა, SRET-ის საერთო ეფექტურობა დაკავშირებულია გარემოს ბუნებასთან, სადაც ვირუსული ნაწილაკების ზომა და pH განსაზღვრავს რეზონანსულ სიხშირეს და ენერგიის შთანთქმას, შესაბამისად [2, 13, 19].
ელექტრომაგნიტური ტალღების ფიზიკური რეზონანსული ეფექტი გადამწყვეტ როლს თამაშობს შემოგარსული ვირუსების ინაქტივაციაში, რომლებიც გარშემორტყმულია ორშრიანი მემბრანით, რომელიც ჩაშენებულია ვირუსულ ცილებში. მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ H3N2-ის დეაქტივაცია ელექტრომაგნიტური ტალღებით 6 გჰც სიხშირით და სიმძლავრის სიმჭიდროვე 486 ვტ/მ² ძირითადად გამოწვეული იყო გარსის ფიზიკური რღვევით რეზონანსული ეფექტის გამო [13]. H3N2 სუსპენზიის ტემპერატურა გაიზარდა მხოლოდ 7°C-ით ექსპოზიციიდან 15 წუთის შემდეგ, თუმცა ადამიანის H3N2 ვირუსის თერმული გაცხელებით ინაქტივაციისთვის საჭიროა 55°C-ზე მეტი ტემპერატურა [9]. მსგავსი ფენომენი დაფიქსირდა ვირუსებზე, როგორიცაა SARS-CoV-2 და H3N1 [13, 14]. გარდა ამისა, ელექტრომაგნიტური ტალღებით ვირუსების ინაქტივაცია არ იწვევს ვირუსული რნმ-ის გენომის დეგრადაციას [1,13,14]. ამრიგად, H3N2 ვირუსის ინაქტივაციას ხელი შეუწყო ფიზიკური რეზონანსით და არა თერმული ზემოქმედებით [13].
ელექტრომაგნიტური ტალღების თერმულ ეფექტთან შედარებით, ფიზიკური რეზონანსით ვირუსების ინაქტივაცია მოითხოვს უფრო დაბალი დოზის პარამეტრებს, რომლებიც მიკროტალღური უსაფრთხოების სტანდარტებზე დაბალია ელექტრო და ელექტრონიკის ინჟინრების ინსტიტუტის (IEEE) მიერ [2, 13]. რეზონანსული სიხშირე და სიმძლავრის დოზა დამოკიდებულია ვირუსის ფიზიკურ თვისებებზე, როგორიცაა ნაწილაკების ზომა და ელასტიურობა, და რეზონანსული სიხშირის ფარგლებში არსებული ყველა ვირუსი შეიძლება ეფექტურად იყოს გამიზნული ინაქტივაციისთვის. მაღალი შეღწევადობის, მაიონებელი გამოსხივების არარსებობის და კარგი უსაფრთხოების გამო, ვირუსის ინაქტივაცია შუამავლობით CPET თერმული ეფექტით პერსპექტიულია პათოგენური ვირუსებით გამოწვეული ადამიანის ავთვისებიანი დაავადებების სამკურნალოდ [14, 26].
თხევად ფაზაში და სხვადასხვა მედიის ზედაპირზე ვირუსების ინაქტივაციის განხორციელების საფუძველზე, ელექტრომაგნიტურ ტალღებს შეუძლია ეფექტურად გაუმკლავდეს ვირუსულ აეროზოლებს [1, 26], რაც არის გარღვევა და დიდი მნიშვნელობა აქვს ვირუსის გადაცემის კონტროლისთვის. ვირუსი და საზოგადოებაში ვირუსის გადაცემის პრევენცია. ეპიდემია. უფრო მეტიც, ელექტრომაგნიტური ტალღების ფიზიკური რეზონანსული თვისებების აღმოჩენას დიდი მნიშვნელობა აქვს ამ სფეროში. სანამ ცნობილია კონკრეტული ვირიონის რეზონანსული სიხშირე და ელექტრომაგნიტური ტალღები, ჭრილობის რეზონანსული სიხშირის დიაპაზონში მყოფი ყველა ვირუსი შეიძლება იყოს მიზანმიმართული, რაც შეუძლებელია ვირუსის ინაქტივაციის ტრადიციული მეთოდებით [13,14,26]. ვირუსების ელექტრომაგნიტური ინაქტივაცია პერსპექტიული კვლევაა დიდი კვლევისა და გამოყენებითი ღირებულებისა და პოტენციალით.
ვირუსების მკვლელობის ტრადიციულ ტექნოლოგიასთან შედარებით, ელექტრომაგნიტურ ტალღებს აქვს მარტივი, ეფექტური, პრაქტიკული გარემოს დაცვა ვირუსების მოკვლისას მისი უნიკალური ფიზიკური თვისებების გამო [2, 13]. თუმცა, ბევრი პრობლემა რჩება. ჯერ ერთი, თანამედროვე ცოდნა შემოიფარგლება ელექტრომაგნიტური ტალღების ფიზიკური თვისებებით და ელექტრომაგნიტური ტალღების ემისიის დროს ენერგიის გამოყენების მექანიზმი არ არის გამჟღავნებული [10, 27]. მიკროტალღები, მათ შორის მილიმეტრიანი ტალღები, ფართოდ გამოიყენებოდა ვირუსის ინაქტივაციისა და მისი მექანიზმების შესასწავლად, თუმცა ელექტრომაგნიტური ტალღების კვლევები სხვა სიხშირეებზე, განსაკუთრებით 100 kHz-დან 300 MHz-მდე და 300 GHz-დან 10 THz-მდე სიხშირეებზე არ არის მოხსენებული. მეორეც, ელექტრომაგნიტური ტალღებით პათოგენური ვირუსების მკვლელობის მექანიზმი არ არის ახსნილი და შესწავლილია მხოლოდ სფერული და ღეროს ფორმის ვირუსები [2]. გარდა ამისა, ვირუსის ნაწილაკები მცირეა, უჯრედებისგან თავისუფალი, ადვილად მუტაციას განიცდიან და სწრაფად ვრცელდება, რაც ხელს უშლის ვირუსის ინაქტივაციას. ელექტრომაგნიტური ტალღების ტექნოლოგია ჯერ კიდევ საჭიროებს გაუმჯობესებას პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციის წინააღმდეგობის დასაძლევად. და ბოლოს, გასხივოსნებული ენერგიის მაღალი შთანთქმა პოლარული მოლეკულების მიერ გარემოში, როგორიცაა წყლის მოლეკულები, იწვევს ენერგიის დაკარგვას. გარდა ამისა, SRET-ის ეფექტურობაზე შეიძლება გავლენა იქონიოს ვირუსების რამდენიმე ამოუცნობმა მექანიზმმა [28]. SRET ეფექტს ასევე შეუძლია შეცვალოს ვირუსი გარემოსთან ადაპტირებისთვის, რაც გამოიწვევს ელექტრომაგნიტური ტალღებისადმი წინააღმდეგობას [29].
მომავალში, ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოყენებით ვირუსის ინაქტივაციის ტექნოლოგია კიდევ უფრო დახვეწას საჭიროებს. ფუნდამენტური სამეცნიერო კვლევა მიმართული უნდა იყოს ელექტრომაგნიტური ტალღებით ვირუსის ინაქტივაციის მექანიზმის გარკვევაზე. მაგალითად, ვირუსების ენერგიის გამოყენების მექანიზმი ელექტრომაგნიტური ტალღების ზემოქმედებისას, არათერმული მოქმედების დეტალური მექანიზმი, რომელიც კლავს პათოგენურ ვირუსებს და SRET ეფექტის მექანიზმი ელექტრომაგნიტურ ტალღებსა და სხვადასხვა ტიპის ვირუსებს შორის, სისტემატურად უნდა იყოს განმარტებული. გამოყენებითი კვლევა ფოკუსირებული უნდა იყოს იმაზე, თუ როგორ ავიცილოთ თავიდან პოლარული მოლეკულების მიერ რადიაციის ენერგიის გადაჭარბებული შთანთქმა, შეისწავლოს სხვადასხვა სიხშირის ელექტრომაგნიტური ტალღების მოქმედება სხვადასხვა პათოგენურ ვირუსებზე და შეისწავლოს ელექტრომაგნიტური ტალღების არათერმული ეფექტები პათოგენური ვირუსების განადგურებაში.
ელექტრომაგნიტური ტალღები გახდა პერსპექტიული მეთოდი პათოგენური ვირუსების ინაქტივაციისთვის. ელექტრომაგნიტური ტალღის ტექნოლოგიას აქვს დაბალი დაბინძურების, დაბალი ფასის და პათოგენის ვირუსის ინაქტივაციის მაღალი ეფექტურობის უპირატესობა, რომელსაც შეუძლია გადალახოს ტრადიციული ანტივირუსული ტექნოლოგიის შეზღუდვები. თუმცა, საჭიროა შემდგომი კვლევა ელექტრომაგნიტური ტალღის ტექნოლოგიის პარამეტრების დასადგენად და ვირუსის ინაქტივაციის მექანიზმის გასარკვევად.
ელექტრომაგნიტური ტალღის გამოსხივების გარკვეულ დოზას შეუძლია გაანადგუროს მრავალი პათოგენური ვირუსის სტრუქტურა და აქტივობა. ვირუსის ინაქტივაციის ეფექტურობა მჭიდრო კავშირშია სიხშირესთან, სიმძლავრის სიმკვრივესთან და ექსპოზიციის დროსთან. გარდა ამისა, პოტენციურ მექანიზმებში შედის ენერგიის გადაცემის თერმული, თერმული და სტრუქტურული რეზონანსული ეფექტები. ტრადიციულ ანტივირუსულ ტექნოლოგიებთან შედარებით, ელექტრომაგნიტურ ტალღებზე დაფუძნებული ვირუსის ინაქტივაციას აქვს სიმარტივის, მაღალი ეფექტურობის და დაბალი დაბინძურების უპირატესობა. აქედან გამომდინარე, ელექტრომაგნიტური ტალღის შუამავლობით ვირუსის ინაქტივაცია გახდა პერსპექტიული ანტივირუსული ტექნიკა მომავალი გამოყენებისთვის.
უ იუ. მიკროტალღური გამოსხივების და ცივი პლაზმის გავლენა ბიოაეროზოლის აქტივობაზე და მასთან დაკავშირებულ მექანიზმებზე. პეკინის უნივერსიტეტი. 2013 წელი.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC და სხვ. მიკროტალღების რეზონანსული დიპოლური შეერთება და შეზღუდული აკუსტიკური რხევები ბაკულოვირუსებში. სამეცნიერო ანგარიში 2017 წელი; 7 (1): 4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M, et al. HCV-ისა და აივ-ის მიკროტალღური ინაქტივაცია: ახალი მიდგომა ნარკოტიკების ინექციურ მომხმარებლებში ვირუსის გადაცემის თავიდან ასაცილებლად. სამეცნიერო ანგარიში 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. მიკროტალღური დეზინფექციით საავადმყოფოს დოკუმენტების დაბინძურების გამოკვლევა და ექსპერიმენტული დაკვირვება [J] ჩინური სამედიცინო ჟურნალი. 1987 წელი; 4:221-2.
Sun Wei ნატრიუმის დიქლოროიზოციანატის ინაქტივაციის მექანიზმისა და ეფექტურობის წინასწარი შესწავლა ბაქტერიოფაგ MS2-ის მიმართ. სიჩუანის უნივერსიტეტი. 2007 წ.
იანგ ლი ბაქტერიოფაგ MS2-ზე ო-ფტალალდეჰიდის ინაქტივაციის ეფექტისა და მოქმედების მექანიზმის წინასწარი შესწავლა. სიჩუანის უნივერსიტეტი. 2007 წ.
ვუ იე, ქალბატონო იაო. მიკროტალღური გამოსხივებით ჰაერში გადატანილი ვირუსის ინაქტივაცია in situ. ჩინური სამეცნიერო ბიულეტენი. 2014; 59 (13): 1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. et al. კორონავირუსები და პოლიოვირუსები მგრძნობიარეა W-ზოლის ციკლოტრონის გამოსხივების მოკლე იმპულსების მიმართ. წერილი გარემოს ქიმიის შესახებ. 2021; 19 (6): 3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S, და სხვ. გრიპის ვირუსის ინაქტივაცია ანტიგენურობის კვლევებისთვის და ფენოტიპური ნეირამინიდაზას ინჰიბიტორების მიმართ რეზისტენტობის ანალიზისთვის. 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. მიკროტალღების არათერმული ბიოლოგიური ეფექტები საკვების მიკროორგანიზმებზე და მიკროტალღური სტერილიზაციის ტექნოლოგია [JJ Southwestern Nationalities University (Natural Science Edition). 2006 წელი; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. SARS-CoV-2 მწვერვალის ცილის დენატურაცია თერმული მიკროტალღური დასხივებით. სამეცნიერო ანგარიში 2021; 11 (1): 23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR და სხვ. ეფექტური სტრუქტურული რეზონანსული ენერგიის გადაცემა მიკროტალღებიდან შეზღუდული აკუსტიკური რხევებისკენ ვირუსებში. სამეცნიერო ანგარიში 2015 წელი; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. მიზანმიმართული ანტივირუსული თერაპია SARS-CoV-2-ისთვის არაიონებელი სხივური თერაპიის გამოყენებით და ვირუსული პანდემიისთვის მომზადება: მეთოდები, მეთოდები და პრაქტიკული შენიშვნები კლინიკური გამოყენებისთვის. PLOS One. 2021; 16 (5): e0251780.
იანგ ჰუიმინგი. მიკროტალღური სტერილიზაცია და მასზე გავლენის ფაქტორები. ჩინური სამედიცინო ჟურნალი. 1993; (04): 246-51.
გვერდი WJ, Martin WG მიკროტალღურ ღუმელებში მიკრობების გადარჩენა. შეგიძლიათ J მიკროორგანიზმები. 1978; 24 (11): 1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS მიკროტალღური ან ავტოკლავური მკურნალობა ანადგურებს ინფექციური ბრონქიტის ვირუსისა და ფრინველის პნევმოვირუსის ინფექციურობას, მაგრამ საშუალებას აძლევს მათ გამოავლინონ საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის გამოყენებით. ფრინველის დაავადება. 2004; 33 (3): 303-6.
ბენ-შოშან მ., მანდელ დ., ლუბეზკი რ., დოლბერგ ს., Mimouni FB ციტომეგალოვირუსის მიკროტალღური აღმოფხვრა დედის რძიდან: საპილოტე კვლევა. ძუძუთი კვების წამალი. 2016; 11: 186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR და სხვ. SARS-CoV-2 ვირუსის მიკროტალღური რეზონანსული აბსორბცია. სამეცნიერო ანგარიში 2022; 12 (1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH და სხვ. UV-C (254 ნმ) SARS-CoV-2 ლეტალური დოზა. სინათლის დიაგნოსტიკა Photodyne Ther. 2020; 32: 101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M და სხვ. SARS-CoV-2-ის სწრაფი და სრული ინაქტივაცია UV-C-ით. სამეცნიერო ანგარიში 2020; 10 (1): 22421.