بررسي رابطه بين ميزان قدرت اشعة ماوراء بنفش و غير فعال شدن هاگ باكتريها

خلاصه

در اين بررسي به ميزان فتون هاي لازم براي غير فعال كردن هاگ باكتري ها پرداخته مي شود . در اين بررسي ما خروجي يك منبع ليزر قوي در طول موج 248 نانومتر را با يك منبع ضعيف تر ، اما بطور مداوم (254 نانومتر) در غير فعال كردن هاگ باسيلوس سوبتيليس مورد مطالعه قرار مي دهيم . در اين بررسي بر خلاف ديگر مطالعات ، تفاوت قابل ملاحظه اي در قابليت حيات هاگ ها مشاهده نشد .

متن

در طول تاريخ بشريت ، مبارزه بر ضد عوامل بيماريزا و تهديد كننده حيات از عمده تلاش هاي بشر بوده است و تلاش بشر به منظور جلوگري از انتشار اين عوامل توسط كشورهاي مختلف ادامه دارد . در اين راه ، ضد عفوني افراد ، ساختمان ها ،‌وسايل و محيط نيز در دستور كار قرار دارد . تابش اشعة ماوراء بنفش ، نيروي بالايي در غير فعال كردن محدودة وسيعي از عوامل زيستي را دارد و يكي از راه هايي است كه در اين زمينه مورد بررسي قرار گرفته است . ديگر استفادة مهمي كه از تابش اشعة ماوراء بنفش مي شود ، در ضد عفوني مواد غذايي است . شناسايي چگونگي اثر متقابل امواج ماوراء بنفش و اين عوامل زيستي ، مي تواند سبب پيشرفت هاي عمده اي در كاربرد اشعة ماوراء بنفش ، براي هر دو منظور فوق باشد . امروزه توصيف شدن چگالي انرژي سبب روشن شدن بسياري از مسائل در اين مورد شده است و مسيري موثر را در غير فعال كردن اين عوامل توسط ماوراء بنفش ، پيش روي ما قرار داده است . در اين مقاله ، ما به منابع پر قدرت ليزر مي پرزدازيم و توانايي آنها را در ايجاد روشي بهتر در از بين بردن عوامل مضر ، بررسي مي كنيم . مفهوم چگالي انرژي در اين مقاله ،‌تعداد فتون ها به ازاي واحد سطح (سطح/انرژي) و يا سرعت انتقال فتون ها به ازاي واحد سطح (سطح/نيرو) مي باشد كه به ترتيب بصورت ژول بر متر مربع و وات بر متر مربع بيان مي شوند . حداكثر نيروي يك منبع تابش ليزر بصورت انرژي تابش تقسيم بر طول زمان تابش تعريف مي شود و به صورت وات نمايش داده مي شود .

در مورد اين موضوع ، بحث بسيار زياد است ، چرا كه گزارش هاي ديگري كه در اين مورد بيان شده اند ، ميزان تاثير اين اشعه را به دانسيتة انرژي بكار برده شده مربوط مي دانند . اما اين موضوع تاكنون بدرستي مورد تحت بررسي قرار نگرفته اند و دو گزارشي هم كه در اين مورد وجود دارد ، نتايج متناقضي را ارائه مي دهند . يكي از اين گزارش ها چنين اظهار مي كند كه هنگامي كه يك منبع اشعه ما يك با انرژي قوي و با تابش متناوب باشد ، ميزان استريليزاسيون مواد غذايي و بسته بندي ها با حالتي كه از يك لامپ اشعه با انرژي كم ، بصورت مداوم استفاده مي كنيم كاملا ً متفاوت است . محققين اعلام كردند كه در استفاده از اشعه به صورت متناوب ، نشان مي دهند كه در منحني حيات اجسام بيماريزا ، قسمت انتهايي غير فعال (ناپديد) مي شود ؛ اما در استفاده از امواج به صورت مداوم ، هرگز اين حالت مشاهده نمي شود . البته در اين دو بررسي ، يكي از منابع انرژي داراي باند پهني بود ولي ديگري فاقد اين حالت بود و اين در تفسير اين نتايج اختلال ايجاد مي كند . اما در يك بررسي كه اخيرا ً انجام شده است و در آن از يك لامپ به صورت تابش ناگهاني (فلاش) و با تكرار بيشتر استفاده شده است ، پيشرفت اندكي در غير فعال كردن عوامل بيماريزا مشاهده شد و تاثير آن بر قسمت انتهايي منحني حيات اجسام بيماريزا نزديك به صفر است . در اين مطالعه ، تاثير دو منبع اشعة ماوراء بنفش با باند پهن مورد بررسي قرار گرفت . لذا بايد يك بررسي دقيق در مورد ميزان تاثير اشعه به سه شكل تابش متناوب ، اشعه با قدرت زياد و تابش اشعه از لامپ ، مورد بررسي قرار گيرد .

در اين مقاله با استفاده از امواج ماوراء بنفش باريك و تقريبا ً تك رنگ و طول موج حدود 250 نانومتر (كه كه طول موج مناسبي در از بين بردن اجرام است) ، به اين نكته مي پردازيم كه آيا بين ميزان غير فعال شدن هاگ باكتريها و قدرت اشعه ارتباطي وجود دارد يا خير . پارامتر هدف در اين مطالعه ميزان فتون وارد شده به واحد سطح در واحد زمان است كه به احتمال زياد دليل تفاوت در نتايج بدست آمده در استفاده از امواج به صورت متناوب است . در اين بررسي ديگر متغير ها نيز مورد كنترل قرار گرفتند و غير فعال شدن هاگها در 6 دسته طبقه بندي شدند .

وجود تنوع در دانسيتة انرژي ، سبب آشكار شدن ديگر مكانيسم هاي غير فعال شدن هاگها مي شود كه همين امر مي تواند سبب پيشرفت بيشتري در روند غير فعال سازي هاگ باكتريها شود . در صورتي كه سرعت انتقال فتون ها مهم است ، منابع نوري با قدرت متفوت مي توانند از بقيه كارآمدتر باشند . در صورتي كه تاثير اشعه به ميزان انرژي آن باشد ، افزايش انرژي منبع اشعه مي تواند در حملات ترورسيتي به افراد نظامي و يا غير نظامي ، به طور قابل توجهي ميزان غير فعال سازي عوامل عفوني را افزايش دهد . در اين بررسي ، باسيلوس سوبتيليس مورد بسيار مناسبي است ، چرا كه مي تواند نقش مدل باسيلوس آنتراسيس (عامل شاربن) را ايفا كند تا ما از اين راه ، روش مناسبي را براي غير فعال كردن باسيلوس آنتراسيس كه يكي از مقاوم ترين عناصر به روشهاي فعلي ضد عفوني است پيدا كنيم . در طول موج 250 نانومتر ، براي غير فعال كردن سلولهاي باسيلوس سوبتيليس ، تابش اشعة ماوراء بنفش بايد 7 تا 50 فلوئنس نسبت به سلولهاي در حال رشد بيشتر باشد ، اما اين ميزان در مورد باسيلوس آنتراسيس 75 بار است (75 بار بيشتر از سلولهاي در حال رشد) . فلوئنس ، واحدي است كه بيانگر ميزان انرژي وارد شده به واحد سطح مي باشد و به صورت ژول بر متر مربع بيان مي شود .

دليل غير فعال شدن هاگ ها ، تشكيل ديمرهاي تيمين است كه مي توان از آنها 5-تيميديلين-5-6-دهيدروتيمين را نام برد كه به دنبال جذب اشعة ماوراء بنفش توسط DNA ميكروارگانيسم ايجاد مي شوند و تشكيل همين ديمرها ، از تكثير ارگانيسم جلوگيري خواهد كرد . سيستم هاي ناهمگن و سيستم هايي كه داراي فعاليت فتوشيميايي پيچيده اي باشند ، گزينه هاي مناسبي براي قرار دادن در معرض اشعة ماوراء بنفش هستند . هاگ هاي باكتريايي كه در اين مطالعه مورد بررسي قرار مي گيرند ، داراي چندين لاية زيستي هستند كه لايه هاي داخلي و خارجي هاگ را تشكيل مي دهند . اين لايه ها داراي پروتئين هاي كوچك قابل حل در چربي هستند كه كه به DNA متصل شده و يك سري ساختار پيچيده فتوشيميايي را ايجاد مي كنند (مانند گذرگاه هايي با چند واكنش) . اين سيستم ، محل جالبي براي بررسي تاثير دانسيته انرژي است . به علاوه ، ما انتظار داريم كه سيستم هايي كه بر اساس دانسيتة انرژي عمل مي كنند ، منحني هاي حياتي غير خطي ايجاد كنند ولي منحني هاي حياتي غير فعال سازي قبلي ، خميدگي هاي نامشخصي را ايجاد مي كنند .

در اين بررسي از هاگ خشك باسيلوس سوبتيليس ، زير گونه نايجر استفاده شد . در شمارش مستقيم مشخص شد كه اين نمونه داراي 1011× 7/2 عدد CFU در هر گرم و به عبارتي ديگر داراي 1012×8/2 در هر گرم ماده خشك است . با استفاده از اين نمونه و آب اكسيژنه ديونيزه و استريل ، محلولي شامل حدودا ً 108 هاگ در هر ميلي ليتر تهيه مي كنيم . بعد از اين مرحله و پيش از اشعه دهي به اين محلول ، آن را به ميزان 107 CFU در هر ميلي ليتر رقيق مي كنيم . سپس اين نمونه ها را با تحت اشعة ماوراء بنفش با تابش متناوب و طول موج 248 نانومتر ، با دو قدرت متفاوت مورد تابش قرار مي دهيم و يا اين كه با استفاده از لامپ مركوري تحت تابش اشعه قرار مي دهيم . بعد از اين مرحله ، نمونه ها را به هودي آن را با استفاده از اشعة ماوراء بنفش استريليزه نموده ايم منتقل مي كنيم . در اين قسمت و پيش از شمارش كلوني ها ، پليت هاي ديفتو تريپتيكاز سوي آگار را به مدت 12 ساعت در دماي 30 درجه ، و يا 2-3 روز در دماي اتاق قرار مي دهيم . در اين مرحله براي از بين رفتن هر گونه شبهه ، از چندين نمونه رقت متناوب استفاده مي كنيم و از هر كدام از رقت هاي تهيه شده نيز چندين كشت به عمل مي آوريم تا امكان هر گونه ترديد منتفي شود . همچنين در كنار نمونه مورد آزمايش ، يك نمونه نيز به عنوان نمونه كنترل مورد بررسي قرار مي گيرد تا روند غير فعال شدن هاگ باكتري مورد بررسي قرار گيرد . در اين بررسي ، در پي استفاده از اشعه ماوراء بنفش با طول موج 254 نانومتر براي غير فعال سازي و در استفاده از اشعه با طول موج 365 نانومتر براي فعال سازي مجدد ، تاثير مثبتي مشاهده نشد ، از اين رو بعد از اين مرحله تمام نمونه ها در معرض تابش مستقيم نور اتاق قرار گرفتند . در بررسي ديگري نيز كه توسط كنادسن و بر روي هاگ هاي باسيلوس آنتراسيس (عامل بيماري شاربن) انجام شد ، فعال سازي با استفاده از اشعه مشاهده نمي شود .

حداقل ارتفاع كلوني سلولهاي باكتريايي در اين بررسي 2 ميليمتر و حداكثر غلظت هاگ ها كه در نمونه هاي رقيق بدست مي آيد ، 107 CFU در ميلي ليتر است . اين دو معيار نشان دهنده اين هستند كه جذب اشعه توسط هاگ ها و در طول موج 250 نانومتر بين 1/0 تا 80 درصد نمونه ها مي باشد .

منبع انرژي در اين بررسي ، لامپ ليزر با طول موج 248 نانومتر بود . انرژي اين منبع در هر پالس ، در 10 هرتز و 1-3 سانتي متر مربع ، حدودا ً 120 ميلي ژول مي باشد . زمان اشعه دهي ، 14 نانوثانيه بود . ميزان انرژي ليزر ، با استفاده از يك كالريمتر اندازه گيري مي شود . ديود نوري نيز در اين آزمايش مورد كنترل قرار مي گيرد . خطا و ترديد در مورد ميزان انرژي لامپ استفاده شده در اين آزمايش ، حدود 20 در صد در نظر گرفته شده است .

در طي اين بررسي ، قدرت حيات هاگ هاي باسيلوس سوبتيليس زير گونه نايجر مورد بررسي قرار مي گيرد . ميزان انرژي بكار برده شده در اين مطالعه بين 35 تا 250 ژول در هر پالس تابش مي باشد . اين مقادير را به وات تبديل مي نماييم كه در اين حالت انرژي بكار برده شده به ترتيب برابر با 109 × 5/2 و 1010 × 8/1 خواهد بود . منحني هاي حيات ، تفاوت مشخصي را بين دو ميزان متفاوت اشعه بكار برده نشان نمي دهند .