Уплыў электрамагнітных хваль на патагенныя вірусы і звязаныя з імі механізмы: агляд у часопісе Journal of Virology

Патагенныя вірусныя інфекцыі сталі сур'ёзнай праблемай грамадскага здароўя ва ўсім свеце. Вірусы могуць заразіць усе клетачныя арганізмы і выклікаць розную ступень пашкоджанняў, што прыводзіць да хвароб і нават смерці. З распаўсюджваннем высокапатагенных вірусаў, такіх як каранавірус 2 (SARS-CoV-2), выкліканы цяжкім вострым рэспіраторным сіндромам, існуе вострая неабходнасць распрацоўкі эфектыўных і бяспечных метадаў інактывацыі патагенных вірусаў. Традыцыйныя метады інактывацыі патагенных вірусаў практычныя, але маюць некаторыя абмежаванні. Дзякуючы высокай пранікальнай здольнасці, фізічнаму рэзанансу і адсутнасці забруджвання, электрамагнітныя хвалі сталі патэнцыйнай стратэгіяй інактывацыі патагенных вірусаў і прыцягваюць усё большую ўвагу. У гэтым артыкуле прадстаўлены агляд нядаўніх публікацый аб уздзеянні электрамагнітных хваль на патагенныя вірусы і іх механізмах, а таксама перспектывы выкарыстання электрамагнітных хваль для інактывацыі патагенных вірусаў, а таксама новыя ідэі і метады такой інактывацыі.
Многія вірусы хутка распаўсюджваюцца, захоўваюцца на працягу доўгага часу, з'яўляюцца высокапатагеннымі і могуць выклікаць глабальныя эпідэміі і сур'ёзныя рызыкі для здароўя. Прафілактыка, выяўленне, тэставанне, ліквідацыя і лячэнне з'яўляюцца ключавымі крокамі для спынення распаўсюджвання віруса. Хуткая і эфектыўная ліквідацыя патагенных вірусаў уключае прафілактычныя, ахоўныя і ліквідацыю крыніцы. Інактывацыя патагенных вірусаў шляхам фізіялагічнага знішчэння для зніжэння іх інфекцыйнасці, патагеннасці і рэпрадуктыўнай здольнасці з'яўляецца эфектыўным метадам іх ліквідацыі. Традыцыйныя метады, у тым ліку высокая тэмпература, хімічныя рэчывы і іянізуючае выпраменьванне, могуць эфектыўна інактываваць патагенныя вірусы. Аднак гэтыя метады ўсё яшчэ маюць некаторыя абмежаванні. Таму ўсё яшчэ існуе вострая неабходнасць распрацоўкі інавацыйных стратэгій інактывацыі патагенных вірусаў.
Выпраменьванне электрамагнітных хваль мае такія перавагі, як высокая пранікальная здольнасць, хуткае і раўнамернае награванне, рэзананс з мікраарганізмамі і вызваленне плазмы, і, як чакаецца, стане практычным метадам інактывацыі патагенных вірусаў [1,2,3]. Здольнасць электрамагнітных хваль інактываваць патагенныя вірусы была прадэманстравана ў мінулым стагоддзі [4]. У апошнія гады выкарыстанне электрамагнітных хваль для інактывацыі патагенных вірусаў прыцягвае ўсё большую ўвагу. У гэтым артыкуле абмяркоўваецца ўплыў электрамагнітных хваль на патагенныя вірусы і іх механізмы, што можа служыць карысным кіраўніцтвам для фундаментальных і прыкладных даследаванняў.
Марфалагічныя характарыстыкі вірусаў могуць адлюстроўваць такія функцыі, як выжывальнасць і інфекцыйнасць. Было паказана, што электрамагнітныя хвалі, асабліва ультравысокачастотныя (УВЧ) і ультравысокачастотныя (КВЧ) электрамагнітныя хвалі, могуць парушаць марфалогію вірусаў.
Бактэрыяфаг MS2 (MS2) часта выкарыстоўваецца ў розных галінах даследаванняў, такіх як ацэнка дэзінфекцыі, кінетычнае мадэляванне (воднае) і біялагічная характарыстыка вірусных малекул [5, 6]. Ву выявіў, што мікрахвалевыя хвалі з частатой 2450 МГц і магутнасцю 700 Вт выклікалі агрэгацыю і значнае скарачэнне водных фагаў MS2 пасля 1 хвіліны прамога апрамянення [1]. Пасля далейшага даследавання таксама назіраўся разрыў паверхні фага MS2 [7]. Качмарчык [8] уздзейнічаў на суспензіі ўзораў каранавіруса 229E (CoV-229E) міліметровымі хвалямі з частатой 95 ГГц і шчыльнасцю магутнасці ад 70 да 100 Вт/см2 на працягу 0,1 с. У шурпатай сферычнай абалонцы віруса можна знайсці вялікія адтуліны, што прыводзіць да страты яго змесціва. Уздзеянне электрамагнітных хваль можа быць разбуральным для вірусных формаў. Аднак змены марфалагічных уласцівасцей, такіх як форма, дыяметр і гладкасць паверхні, пасля ўздзеяння электрамагнітнага выпраменьвання на вірус невядомыя. Таму важна прааналізаваць сувязь паміж марфалагічнымі асаблівасцямі і функцыянальнымі парушэннямі, што можа даць каштоўныя і зручныя паказчыкі для ацэнкі інактывацыі віруса [1].
Вірусная структура звычайна складаецца з унутранай нуклеінавай кіслаты (РНК або ДНК) і знешняга капсіда. Нуклеінавыя кіслоты вызначаюць генетычныя і рэплікацыйныя ўласцівасці вірусаў. Капсід — гэта вонкавы пласт рэгулярна размешчаных бялковых субадзінак, асноўны каркас і антыгенны кампанент вірусных часціц, а таксама абараняе нуклеінавыя кіслоты. Большасць вірусаў маюць абалонку, якая складаецца з ліпідаў і глікапратэінаў. Акрамя таго, абалонкавыя бялкі вызначаюць спецыфічнасць рэцэптараў і служаць асноўнымі антыгенамі, якія можа распазнаць імунная сістэма гаспадара. Поўная структура забяспечвае цэласнасць і генетычную стабільнасць віруса.
Даследаванні паказалі, што электрамагнітныя хвалі, асабліва ультравысокачастотныя, могуць пашкоджваць РНК вірусаў, якія выклікаюць хваробы. Ву [1] непасрэдна ўздзейнічаў на воднае асяроддзе віруса MS2 мікрахвалямі частатой 2450 МГц на працягу 2 хвілін і аналізаваў гены, якія кадуюць бялок А, капсідны бялок, бялок рэпліказы і бялок расшчаплення, з дапамогай гель-электрафарэзу і палімеразнай ланцуговай рэакцыі з зваротнай транскрыпцыяй (RT-PCR). Гэтыя гены паступова разбураліся з павелічэннем шчыльнасці магутнасці і нават знікалі пры найвышэйшай шчыльнасці магутнасці. Напрыклад, экспрэсія гена бялку А (934 пар асноў) значна зніжалася пасля ўздзеяння электрамагнітных хваль магутнасцю 119 і 385 Вт і цалкам знікала, калі шчыльнасць магутнасці павялічвалася да 700 Вт. Гэтыя дадзеныя сведчаць аб тым, што электрамагнітныя хвалі могуць, у залежнасці ад дозы, разбураць структуру нуклеінавых кіслот вірусаў.
Нядаўнія даследаванні паказалі, што ўздзеянне электрамагнітных хваль на патагенныя вірусныя бялкі ў асноўным заснавана на іх ускосным цеплавым уздзеянні на медыятары і іх ускосным уздзеянні на сінтэз бялку з-за разбурэння нуклеінавых кіслот [1, 3, 8, 9]. Аднак атэрмічныя эфекты могуць таксама змяняць палярнасць або структуру вірусных бялкоў [1, 10, 11]. Прамы ўздзеянне электрамагнітных хваль на фундаментальныя структурныя/неструктурныя бялкі, такія як капсідныя бялкі, абалонкавыя бялкі або шыпападобныя бялкі патагенных вірусаў, усё яшчэ патрабуе далейшага вывучэння. Нядаўна было выказана меркаванне, што 2 хвіліны электрамагнітнага выпраменьвання на частаце 2,45 ГГц магутнасцю 700 Вт могуць узаемадзейнічаць з рознымі фракцыямі зарадаў бялку праз утварэнне гарачых кропак і вагальных электрычных палёў праз чыста электрамагнітныя эфекты [12].
Абалонка патагеннага віруса цесна звязана з яго здольнасцю заразіць або выклікаць захворванне. У некалькіх даследаваннях паведамлялася, што электрамагнітныя хвалі ультравысокай і мікрахвалевай выпраменьвання могуць разбураць абалонкі вірусаў, якія выклікаюць хваробы. Як ужо згадвалася вышэй, у віруснай абалонцы каранавіруса 229E можна выявіць выразныя адтуліны пасля 0,1 секунды ўздзеяння міліметровай хвалі 95 ГГц пры шчыльнасці магутнасці ад 70 да 100 Вт/см² [8]. Эфект рэзананснай перадачы энергіі электрамагнітных хваль можа выклікаць дастатковую нагрузку, каб разбурыць структуру віруснай абалонкі. Для вірусаў з абалонкай пасля разрыву абалонкі інфекцыйнасць або нейкая актыўнасць звычайна зніжаецца або цалкам губляецца [13, 14]. Ян [13] уздзейнічаў на вірус грыпу H3N2 (H3N2) і вірус грыпу H1N1 (H1N1) мікрахвалямі з частатой 8,35 ГГц, 320 Вт/м² і 7 ГГц, 308 Вт/м² адпаведна на працягу 15 хвілін. Для параўнання сігналаў РНК патагенных вірусаў, якія падвяргаліся ўздзеянню электрамагнітных хваль, і фрагментаванай мадэлі, замарожанай і неадкладна размарожанай у вадкім азоце на працягу некалькіх цыклаў, была праведзена RT-PCR. Вынікі паказалі, што сігналы РНК дзвюх мадэляў вельмі ўзгодненыя. Гэтыя вынікі сведчаць аб тым, што фізічная структура віруса парушаецца, а структура абалонкі разбураецца пасля ўздзеяння мікрахвалевага выпраменьвання.
Актыўнасць віруса можна ахарактарызаваць яго здольнасцю інфікаваць, рэплікаваць і транскрыбаваць. Вірусная інфекцыйнасць або актыўнасць звычайна ацэньваецца шляхам вымярэння вірусных тытраў з дапамогай бляшкавых аналізаў, сярэдняй інфекцыйнай дозы ў культуры тканін (TCID50) або актыўнасці рэпарцёрнага гена люцыферазы. Але яе таксама можна ацаніць непасрэдна шляхам вылучэння жывога віруса або аналізу віруснага антыгена, шчыльнасці вірусных часціц, выжывальнасці віруса і г.д.
Паведамлялася, што электрамагнітныя хвалі УВЧ, СВЧ і КВЧ могуць непасрэдна інактываваць вірусныя аэразолі або вірусы, якія перадаюцца праз ваду. Ву [1] уздзейнічаў на аэразоль бактэрыяфага MS2, створаны лабараторным небулайзерам, электрамагнітнымі хвалямі з частатой 2450 МГц і магутнасцю 700 Вт на працягу 1,7 хвіліны, пры гэтым выжывальнасць бактэрыяфага MS2 склала ўсяго 8,66%. Падобна да віруснага аэразолю MS2, 91,3% воднага MS2 інактывавалася на працягу 1,5 хвілін пасля ўздзеяння такой жа дозы электрамагнітных хваль. Акрамя таго, здольнасць электрамагнітнага выпраменьвання інактываваць вірус MS2 станоўча карэлявала са шчыльнасцю магутнасці і часам уздзеяння. Аднак, калі эфектыўнасць дэактывацыі дасягае свайго максімальнага значэння, эфектыўнасць дэактывацыі нельга палепшыць, павялічваючы час уздзеяння або павялічваючы шчыльнасць магутнасці. Напрыклад, вірус MS2 меў мінімальны ўзровень выжывальнасці ад 2,65% да 4,37% пасля ўздзеяння электрамагнітных хваль 2450 МГц і 700 Вт, і ніякіх істотных змен з павелічэннем часу ўздзеяння не выяўлена. Сідхарта [3] апрамяніў суспензію клетачных культур, якая змяшчала вірус гепатыту С (ВГС)/вірус імунадэфіцыту чалавека тыпу 1 (ВІЧ-1), электрамагнітнымі хвалямі частатой 2450 МГц і магутнасцю 360 Вт. Яны выявілі, што тытры вірусаў значна знізіліся праз 3 хвіліны ўздзеяння, што сведчыць аб тым, што выпраменьванне электрамагнітных хваль эфектыўна супраць інфекцыі ВГС і ВІЧ-1 і дапамагае прадухіліць перадачу віруса нават пры сумесным уздзеянні. Пры апраменьванні клетачных культур ВГС і суспензій ВІЧ-1 нізкамагутнымі электрамагнітнымі хвалямі частатой 2450 МГц, 90 Вт або 180 Вт не назіралася змяненняў тытра віруса, вызначанага актыўнасцю рэпарцёра люцыферазы, і назіралася значнае змяненне віруснай інфекцыйнасці. Пры магутнасці 600 і 800 Вт на працягу 1 хвіліны інфекцыйнасць абодвух вірусаў істотна не знізілася, што, як мяркуюць, звязана з магутнасцю электрамагнітнага выпраменьвання і часам уздзеяння крытычнай тэмпературы.
Качмарчык [8] упершыню прадэманстраваў смяротнасць электрамагнітных хваль КВЧ супраць патагенных вірусаў, якія перадаюцца праз ваду, у 2021 годзе. Яны ўздзейнічалі на ўзоры каранавіруса 229E або поліяміеліту (PV) электрамагнітнымі хвалямі частатой 95 ГГц і шчыльнасцю магутнасці ад 70 да 100 Вт/см2 на працягу 2 секунд. Эфектыўнасць інактывацыі двух патагенных вірусаў склала 99,98% і 99,375% адпаведна, што сведчыць аб шырокіх перспектывах прымянення электрамагнітных хваль КВЧ у галіне інактывацыі вірусаў.
Эфектыўнасць інактывацыі вірусаў з дапамогай ультравысокачастотнага выпраменьвання таксама ацэньвалася ў розных асяроддзях, такіх як грудное малако і некаторыя матэрыялы, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў побыце. Даследчыкі падвяргалі анестэзіялагічныя маскі, забруджаныя адэнавірусам (ADV), поліявірусам тыпу 1 (PV-1), герпесвірусам 1 (HV-1) і рынавірусам (RHV), уздзеянню электрамагнітнага выпраменьвання частатой 2450 МГц і магутнасцю 720 Вт. Яны паведамілі, што тэсты на антыгены ADV і PV-1 сталі адмоўнымі, а тытры HV-1, PIV-3 і RHV знізіліся да нуля, што сведчыць аб поўнай інактывацыі ўсіх вірусаў пасля 4 хвілін уздзеяння [15, 16]. Эльхафі [17] непасрэдна падвяргаў мазкі, заражаныя вірусам інфекцыйнага бранхіту птушак (IBV), птушыным пнеўмавірусам (APV), вірусам хваробы Ньюкасла (NDV) і вірусам птушынага грыпу (AIV), уздзеянню мікрахвалевай печы з частатой 2450 МГц і магутнасцю 900 Вт. Сярод іх APV і IBV былі дадаткова выяўлены ў культурах трахеальных органаў, атрыманых з курыных эмбрыёнаў 5-га пакалення. Нягледзячы на ​​тое, што вірус не ўдалося вылучыць, вірусная нуклеінавая кіслата ўсё ж была выяўлена з дапамогай RT-PCR. Бен-Шошан [18] непасрэдна ўздзейнічаў электрамагнітнымі хвалямі 2450 МГц, 750 Вт на 15 узораў груднога малака, станоўчых на цытамегалавірус (CMV), на працягу 30 секунд. Выяўленне антыгена з дапамогай Shell-Vial паказала поўную інактывацыю CMV. Аднак пры 500 Вт 2 з 15 узораў не дасягнулі поўнай інактывацыі, што сведчыць аб станоўчай карэляцыі паміж эфектыўнасцю інактывацыі і магутнасцю электрамагнітных хваль.
Варта таксама адзначыць, што Ян [13] прадказаў рэзанансную частату паміж электрамагнітнымі хвалямі і вірусамі на аснове ўсталяваных фізічных мадэляў. Суспензія часціц віруса H3N2 з шчыльнасцю 7,5 × 1014 м-3, атрыманая адчувальнымі да віруса клеткамі нырак сабакі Мадзіна Дарбі (MDCK), падвяргалася непасрэднаму ўздзеянню электрамагнітных хваль частатой 8 ГГц і магутнасцю 820 Вт/м² на працягу 15 хвілін. Узровень інактывацыі віруса H3N2 дасягаў 100%. Аднак пры тэарэтычным парозе 82 Вт/м2 было інактывавана толькі 38% віруса H3N2, што сведчыць аб тым, што эфектыўнасць інактывацыі віруса, апасродкаванай электрамагнітнымі хвалямі, цесна звязана са шчыльнасцю магутнасці. На падставе гэтага даследавання Барбара [14] разлічыла дыяпазон рэзанансных частот (8,5–20 ГГц) паміж электрамагнітнымі хвалямі і SARS-CoV-2 і прыйшла да высновы, што 7,5 × 10^14 м⁻³ SARS-CoV-2, якія падвяргаюцца ўздзеянню электрамагнітных хваль. Хваля з частатой 10–17 ГГц і шчыльнасцю магутнасці 14,5 ± 1 Вт/м² на працягу прыблізна 15 хвілін, прывядзе да 100% дэактывацыі. Нядаўняе даследаванне Ванга [19] паказала, што рэзанансныя частоты SARS-CoV-2 складаюць 4 і 7,5 ГГц, што пацвярджае існаванне рэзанансных частот, незалежных ад тытра віруса.
У заключэнне можна сказаць, што электрамагнітныя хвалі могуць уплываць на аэразолі і суспензіі, а таксама на актыўнасць вірусаў на паверхнях. Было ўстаноўлена, што эфектыўнасць інактывацыі цесна звязана з частатой і магутнасцю электрамагнітных хваль і асяроддзем, якое выкарыстоўваецца для росту віруса. Акрамя таго, электрамагнітныя частоты, заснаваныя на фізічных рэзанансах, вельмі важныя для інактывацыі вірусаў [2, 13]. Да гэтага часу ўплыў электрамагнітных хваль на актыўнасць патагенных вірусаў у асноўным сканцэнтраваны на змене інфекцыйнасці. З-за складанага механізму некалькі даследаванняў паведамлялі пра ўплыў электрамагнітных хваль на рэплікацыю і транскрыпцыю патагенных вірусаў.
Механізмы, з дапамогай якіх электрамагнітныя хвалі інактывуюць вірусы, цесна звязаны з тыпам віруса, частатой і магутнасцю электрамагнітных хваль, а таксама з асяроддзем росту віруса, але застаюцца ў значнай ступені невывучанымі. Нядаўнія даследаванні былі сканцэнтраваны на механізмах цеплавой, атэрмічнай і структурнай рэзананснай перадачы энергіі.
Пад цеплавым эфектам разумеецца павышэнне тэмпературы, выкліканае хуткасным кручэннем, сутыкненнем і трэннем палярных малекул у тканінах пад уздзеяннем электрамагнітных хваль. Дзякуючы гэтай уласцівасці электрамагнітныя хвалі могуць павышаць тэмпературу віруса вышэй за парог фізіялагічнай талерантнасці, выклікаючы гібель віруса. Аднак вірусы ўтрымліваюць мала палярных малекул, што сведчыць аб рэдкасці прамога цеплавога ўздзеяння на вірусы [1]. Наадварот, у асяроддзі і навакольным асяроддзі значна больш палярных малекул, такіх як малекулы вады, якія рухаюцца ў адпаведнасці са зменным электрычным полем, узбуджаным электрамагнітнымі хвалямі, генеруючы цяпло праз трэнне. Затым цяпло перадаецца вірусу, павышаючы яго тэмпературу. Пры перавышэнні парога талерантнасці нуклеінавыя кіслоты і бялкі руйнуюцца, што ў канчатковым выніку зніжае інфекцыйнасць і нават інактывуе вірус.
Некалькі груп даследчыкаў паведамілі, што электрамагнітныя хвалі могуць зніжаць інфекцыйнасць вірусаў праз цеплавое ўздзеянне [1, 3, 8]. Качмарчык [8] уздзейнічаў на суспензіі каранавіруса 229E электрамагнітнымі хвалямі частатой 95 ГГц са шчыльнасцю магутнасці ад 70 да 100 Вт/см² на працягу 0,2-0,7 с. Вынікі паказалі, што павышэнне тэмпературы на 100°C падчас гэтага працэсу спрыяла разбурэнню марфалогіі віруса і зніжэнню яго актыўнасці. Гэтыя цеплавыя эфекты можна растлумачыць уздзеяннем электрамагнітных хваль на навакольныя малекулы вады. Сідхарта [3] апрамяняў суспензіі клетачных культур розных генатыпаў, у тым ліку GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a і GT7a, электрамагнітнымі хвалямі частатой 2450 МГц і магутнасцю 90 Вт і 180 Вт, 360 Вт, 600 Вт і 800 аўт. Пры павышэнні тэмпературы асяроддзя для культывавання клетак з 26°C да 92°C электрамагнітнае выпраменьванне зніжала інфекцыйнасць віруса або цалкам інактывавала вірус. Але ВГС падвяргаўся ўздзеянню электрамагнітных хваль на працягу кароткага часу пры нізкай магутнасці (90 або 180 Вт, 3 хвіліны) або большай магутнасці (600 або 800 Вт, 1 хвіліна), пры гэтым істотнага павышэння тэмпературы не назіралася і істотнай змены інфекцыйнасці або актыўнасці віруса не назіралася.
Вышэйпаказаныя вынікі сведчаць аб тым, што цеплавы эфект электрамагнітных хваль з'яўляецца ключавым фактарам, які ўплывае на інфекцыйнасць або актыўнасць патагенных вірусаў. Акрамя таго, шматлікія даследаванні паказалі, што цеплавы эфект электрамагнітнага выпраменьвання інактывуе патагенныя вірусы больш эфектыўна, чым УФ-С і звычайнае награванне [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Акрамя цеплавых эфектаў, электрамагнітныя хвалі могуць таксама змяняць палярнасць малекул, такіх як мікробныя бялкі і нуклеінавыя кіслоты, прымушаючы малекулы круціцца і вібраваць, што прыводзіць да зніжэння жыццяздольнасці або нават гібелі [10]. Лічыцца, што хуткае пераключэнне палярнасці электрамагнітных хваль выклікае палярызацыю бялку, што прыводзіць да скручвання і крывізны структуры бялку і, у канчатковым выніку, да дэнатурацыі бялку [11].
Нетэрмічны ўплыў электрамагнітных хваль на інактывацыю віруса застаецца спрэчным, але большасць даследаванняў паказалі станоўчыя вынікі [1, 25]. Як мы ўжо згадвалі вышэй, электрамагнітныя хвалі могуць непасрэдна пранікаць праз бялок абалонкі віруса MS2 і разбураць нуклеінавую кіслату віруса. Акрамя таго, аэразолі віруса MS2 значна больш адчувальныя да электрамагнітных хваль, чым водны MS2. З-за менш палярных малекул, такіх як малекулы вады, у асяроддзі вакол аэразоляў віруса MS2, атэрмічныя эфекты могуць гуляць ключавую ролю ў інактывацыі віруса, апасродкаванай электрамагнітнымі хвалямі [1].
З'ява рэзанансу адносіцца да тэндэнцыі фізічнай сістэмы паглынаць больш энергіі з навакольнага асяроддзя на сваёй натуральнай частаце і даўжыні хвалі. Рэзананс сустракаецца ў многіх месцах прыроды. Вядома, што вірусы рэзанірую з мікрахвалямі той жа частаты ў абмежаваным акустычным дыпольным рэжыме, з'яве рэзанансу [2, 13, 26]. Рэзанансныя рэжымы ўзаемадзеяння паміж электрамагнітнай хваляй і вірусам прыцягваюць усё большую ўвагу. Эфект эфектыўнай структурнай рэзананснай перадачы энергіі (SRET) ад электрамагнітных хваль да замкнёных акустычных ваганняў (CAV) у вірусаў можа прывесці да разрыву віруснай мембраны з-за супрацьлеглых ваганняў ядра-капсіда. Акрамя таго, агульная эфектыўнасць SRET звязана з характарам асяроддзя, дзе памер і pH віруснай часціцы вызначаюць рэзанансную частату і паглынанне энергіі адпаведна [2, 13, 19].
Фізічны рэзанансны эфект электрамагнітных хваль адыгрывае ключавую ролю ў інактывацыі вірусаў з абалонкай, якія акружаны двухслаёвай мембранай, убудаванай у вірусныя бялкі. Даследчыкі выявілі, што дэактывацыя H3N2 электрамагнітнымі хвалямі з частатой 6 ГГц і шчыльнасцю магутнасці 486 Вт/м² была ў асноўным выклікана фізічным разрывам абалонкі з-за рэзананснага эфекту [13]. Тэмпература суспензіі H3N2 павялічылася ўсяго на 7°C пасля 15 хвілін уздзеяння, аднак для інактывацыі віруса H3N2 чалавека шляхам тэрмічнага награвання патрабуецца тэмпература вышэй за 55°C [9]. Падобныя з'явы назіраліся для такіх вірусаў, як SARS-CoV-2 і H3N1 [13, 14]. Акрамя таго, інактывацыя вірусаў электрамагнітнымі хвалямі не прыводзіць да дэградацыі геномаў віруснай РНК [1,13,14]. Такім чынам, інактывацыя віруса H3N2 была спрыяна фізічным рэзанансам, а не тэрмічным уздзеяннем [13].
У параўнанні з цеплавым уздзеяннем электрамагнітных хваль, інактывацыя вірусаў з дапамогай фізічнага рэзанансу патрабуе меншых параметраў дозы, якія ніжэйшыя за стандарты бяспекі мікрахвалевага выпраменьвання, устаноўленыя Інстытутам інжынераў па электратэхніцы і электроніцы (IEEE) [2, 13]. Рэзанансная частата і магутнасць дозы залежаць ад фізічных уласцівасцей віруса, такіх як памер часціц і эластычнасць, і ўсе вірусы ў межах рэзананснай частаты могуць быць эфектыўна накіраваны на інактывацыю. Дзякуючы высокай хуткасці пранікнення, адсутнасці іанізуючага выпраменьвання і добрай бяспецы, інактывацыя вірусаў, апасродкаваная атэрмічным эфектам CPET, з'яўляецца перспектыўнай для лячэння злаякасных захворванняў чалавека, выкліканых патагеннымі вірусамі [14, 26].
Дзякуючы рэалізацыі інактывацыі вірусаў у вадкай фазе і на паверхні розных асяроддзяў, электрамагнітныя хвалі могуць эфектыўна змагацца з віруснымі аэразолямі [1, 26], што з'яўляецца прарывам і мае вялікае значэнне для кантролю перадачы віруса і прадухілення яго распаўсюджвання ў грамадстве падчас эпідэмій. Больш за тое, адкрыццё фізічных рэзанансных уласцівасцей электрамагнітных хваль мае вялікае значэнне ў гэтай галіне. Пакуль вядомая рэзанансная частата канкрэтнага вірыёна і электрамагнітных хваль, можна ўздзейнічаць на ўсе вірусы ў дыяпазоне рэзанансных частот раны, чаго немагчыма дасягнуць традыцыйнымі метадамі інактывацыі вірусаў [13, 14, 26]. Электрамагнітная інактывацыя вірусаў - гэта перспектыўнае даследаванне з вялікай даследчай і прыкладной каштоўнасцю і патэнцыялам.
У параўнанні з традыцыйнымі тэхналогіямі знішчэння вірусаў, электрамагнітныя хвалі валодаюць характарыстыкамі простай, эфектыўнай і практычнай абароны навакольнага асяроддзя пры знішчэнні вірусаў дзякуючы сваім унікальным фізічным уласцівасцям [2, 13]. Аднак застаецца шмат праблем. Па-першае, сучасныя веды абмежаваныя фізічнымі ўласцівасцямі электрамагнітных хваль, і механізм выкарыстання энергіі падчас выпраменьвання электрамагнітных хваль не раскрыты [10, 27]. Мікрахвалевыя хвалі, у тым ліку міліметровыя хвалі, шырока выкарыстоўваюцца для вывучэння інактывацыі вірусаў і яе механізмаў, аднак даследаванні электрамагнітных хваль на іншых частотах, асабліва на частотах ад 100 кГц да 300 МГц і ад 300 ГГц да 10 ТГц, не паведамляліся. Па-другое, механізм знішчэння патагенных вірусаў электрамагнітнымі хвалямі не быў высветлены, і вывучаліся толькі сферычныя і палачкападобныя вірусы [2]. Акрамя таго, вірусныя часціцы малыя, не маюць клетак, лёгка мутуюць і хутка распаўсюджваюцца, што можа прадухіліць інактывацыю вірусаў. Тэхналогія электрамагнітных хваль усё яшчэ патрабуе ўдасканалення, каб пераадолець перашкоду інактывацыі патагенных вірусаў. Нарэшце, высокае паглынанне прамяністай энергіі палярнымі малекуламі ў асяроддзі, такімі як малекулы вады, прыводзіць да страты энергіі. Акрамя таго, на эфектыўнасць SRET могуць уплываць некалькі невядомых механізмаў у вірусаў [28]. Эфект SRET таксама можа мадыфікаваць вірус, каб ён адаптаваўся да навакольнага асяроддзя, што прыводзіць да ўстойлівасці да электрамагнітных хваль [29].
У будучыні тэхналогія інактывацыі вірусаў з дапамогай электрамагнітных хваль патрабуе далейшага ўдасканалення. Фундаментальныя навуковыя даследаванні павінны быць накіраваны на высвятленне механізму інактывацыі вірусаў электрамагнітнымі хвалямі. Напрыклад, неабходна сістэматычна высветліць механізм выкарыстання энергіі вірусаў пры ўздзеянні электрамагнітных хваль, падрабязны механізм нецеплавога дзеяння, якое знішчае патагенныя вірусы, і механізм эфекту SRET паміж электрамагнітнымі хвалямі і рознымі тыпамі вірусаў. Прыкладныя даследаванні павінны быць сканцэнтраваны на тым, як прадухіліць празмернае паглынанне радыяцыйнай энергіі палярнымі малекуламі, вывучаць уплыў электрамагнітных хваль рознай частаты на розныя патагенныя вірусы, а таксама вывучаць нецеплавыя эфекты электрамагнітных хваль пры знішчэнні патагенных вірусаў.
Электрамагнітныя хвалі сталі перспектыўным метадам інактывацыі патагенных вірусаў. Тэхналогія электрамагнітных хваль мае перавагі нізкага забруджвання навакольнага асяроддзя, нізкай кошту і высокай эфектыўнасці інактывацыі вірусаў-патагенаў, што дазваляе пераадолець абмежаванні традыцыйных антывірусных тэхналогій. Аднак неабходныя далейшыя даследаванні для вызначэння параметраў тэхналогіі электрамагнітных хваль і высвятлення механізму інактывацыі вірусаў.
Пэўная доза электрамагнітнага хвалевага выпраменьвання можа разбурыць структуру і актыўнасць многіх патагенных вірусаў. Эфектыўнасць інактывацыі вірусаў цесна звязана з частатой, шчыльнасцю магутнасці і часам уздзеяння. Акрамя таго, патэнцыйныя механізмы ўключаюць цеплавыя, атэрмічныя і структурна-рэзанансныя эфекты перадачы энергіі. У параўнанні з традыцыйнымі антывіруснымі тэхналогіямі, інактывацыя вірусаў на аснове электрамагнітных хваль мае перавагі прастаты, высокай эфектыўнасці і нізкага забруджвання. Такім чынам, інактывацыя вірусаў з дапамогай электрамагнітных хваль стала перспектыўным антывірусным метадам для будучых ужыванняў.
У Ю. Уплыў мікрахвалевага выпраменьвання і халоднай плазмы на актыўнасць біяаэразоляў і звязаныя з імі механізмы. Пекінскі ўніверсітэт. 2013 год.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC і інш. Рэзанансная дыпольная сувязь мікрахваль і абмежаваныя акустычныя ваганні ў бакулавірусах. Навуковы даклад 2017; 7(1):4611.
Сідхарта А., Пфендэр С., Маласа А., Доэрбекер Дж., Ангакусума, Энгельман М. і інш. Мікрахвалевая інактывацыя ВГС і ВІЧ: новы падыход да прафілактыкі перадачы віруса сярод спажыўцоў ін'екцыйных наркотыкаў. Навуковы даклад 2016; 6:36619.
Ян С. Х., Ван Р. Н., Цай Ю. Дж., Сун Ю. Л., Кв. Х. Л. Даследаванне і эксперыментальнае назіранне забруджвання бальнічных дакументаў шляхам мікрахвалевай дэзінфекцыі [J] Кітайскі медыцынскі часопіс. 1987; 4:221-2.
Сунь Вэй. Папярэдняе даследаванне механізму інактывацыі і эфектыўнасці дыхларызацыяната натрыю супраць бактэрыяфага MS2. Сычуаньскі ўніверсітэт. 2007.
Ян Лі Папярэдняе даследаванне эфекту інактывацыі і механізму дзеяння о-фталевага альдэгіду на бактэрыяфаг MS2. Сычуаньскі ўніверсітэт. 2007.
Ву Е, спадарыня Яо. Інактывацыя віруса, які перадаецца па паветры, in situ, мікрахвалевым выпраменьваннем. Кітайскі навуковы бюлетэнь. 2014;59(13):1438-45.
Качмарчык Л.С., Марсай К.С., Шаўчэнка С., Піласоф М., Леві Н., Эйнат М. і інш. Каранавірусы і поліяміелітныя вірусы адчувальныя да кароткіх імпульсаў цыклатроннага выпраменьвання W-дыяпазону. Ліст па хіміі навакольнага асяроддзя. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S і інш. Інактывацыя віруса грыпу для даследаванняў антыгеннасці і аналізаў рэзістэнтнасці да фенатыпічных інгібітараў нейрамінідазы. Journal of Clinical Microbiology. 2010;48(3):928-40.
Цзоу Сіньчжы, Чжан Ліцзя, Лю Юйцзя, Лі Юй, Чжан Цзя, Лінь Фуцзя і інш. Агляд мікрахвалевай стэрылізацыі. Гуандунская навука аб мікраэлементах. 2013;20(6):67-70.
Лі Цзічжы. Нетэрмічныя біялагічныя эфекты мікрахваляў на харчовыя мікраарганізмы і тэхналогія мікрахвалевай стэрылізацыі [JJ Southwestern Nationalities University (выданне па прыродазнаўчых навуках). 2006; 6:1219–22.
Афагі П., Лапола М.А., Гандзі К. Дэнатурацыя спайкавага бялку SARS-CoV-2 пры атэрмічным мікрахвалевым апраменьванні. Навуковы даклад 2021; 11(1):23373.
Ян С.К., Лін Х.К., Лю Т.М., Лу Дж.Т., Хонг В.Т., Хуан Ю.Р. і інш. Эфектыўная структурная рэзанансная перадача энергіі ад мікрахваляў да абмежаваных акустычных ваганняў у вірусаў. Навуковы даклад 2015; 5:18030.
Барбара А., Міннес Р. Таргетная антывірусная тэрапія з выкарыстаннем неіянізуючага прамянёвага выпраменьвання для SARS-CoV-2 і падрыхтоўка да віруснай пандэміі: метады, метады і практычныя заўвагі для клінічнага прымянення. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Ян Хуэймін. Мікрахвалевая стэрылізацыя і фактары, якія на яе ўплываюць. Кітайскі медыцынскі часопіс. 1993;(04):246-51.
Пэйдж У. Дж., Марцін У. Дж. Выжыванне мікробаў у мікрахвалевых печах. You can J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Эльхафі Г., Нэйлар С. Дж., Сэвідж К. Е., Джонс Р. С. Мікрахвалевая або аўтаклавная апрацоўка знішчае інфекцыйнасць віруса інфекцыйнага бранхіту і птушынага пнеўмавіруса, але дазваляе выявіць іх з дапамогай палімеразнай ланцуговай рэакцыі з зваротнай транскрыптазай. хваробы птушак. 2004;33(3):303-6.
Бен-Шошан М., Мандэль Д., Любецкі Р., Долберг С., Мімуні Ф.Б. Мікрахвалевая эрадыкацыя цытамегалавіруса з груднога малака: пілотнае даследаванне. медыцына груднога гадавання. 2016;11:186-7.
Ван П.Дж., Пан Ю.Х., Хуан С.Ю., Фан Дж.Т., Чанг С.Ю., Шых С.Р. і інш. Мікрахвалевае рэзананснае паглынанне віруса SARS-CoV-2. Навуковая справаздача 2022; 12(1): 12596.
Сабіна К.П., Селера Ф.П., Сейлс-Медзіна Д.Ф., Мачадо Р.Р.Г., Дурыгон Э.Л., Фрэйтас-Джуніёр Л.Х. і інш. Смяротная доза SARS-CoV-2 пры ўздзеянні ультрафіялетавага выпраменьвання C (254 нм). Светлавая дыягностыка Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M і інш. Хуткая і поўная інактывацыя SARS-CoV-2 з дапамогай УФ-C выпраменьвання. Навуковы даклад 2020; 10(1):22421.