Спороцидная активность импульсного излучения горячей плазмы

Нитрование является одним из основных механизмов реакции создания долгоживущих активных частиц (продуктов кислорода и азота), образующихся под действием импульсного излучения горячей плазмы. Большое время жизни активных частиц, образующихся в зоне разряда (до нескольких суток), дает им возможность проникать вглубь объектов, покрытых защитной оболочкой. К таким объектам относятся споры.

Цель исследования — изучить спороцидную активность импульсного излучения горячей плазмы искрового электрического разряда по данным анализа активных продуктов, образующихся в водном растворе L-тирозина под воздействием этого разряда.

Материалы и методы. В работе использовали генератор искрового разряда «Пилимин ИР-10» — импульсное излучение горячей плазмы; генератор коронного разряда — источник холодной плазмы; ртутную лампу низкого давления ДКБ-9 — непрерывное излучение УФ-диапазона с длиной волны 253,7 нм. Пробы обрабатывали в чашках Петри диаметром 40 мм, объемом 4 и 10 см³. В исследовании использовали раствор L-тирозина в дистиллированной воде (концентрация — 160 мг/л), суспензии бактерий и спор микромицетов (концентрация ~10⁶ кл. в 1 мл). Продукты превращения L-тирозина идентифицировали спектрофотометрически до и после обработки. Биоцидный и спороцидный эффекты оценивали путем подсчета колониеобразующих единиц (КОЕ) после посева и инкубации при 27–37°.

Результаты. Установлено, что окисление тирозина радикалами HO₂^• невозможно. Под действием соединений азота происходит нитрование с образованием 3-нитротирозина. Реакция нитрования идет медленно, занимает около 100 ч. Возможный механизм нитрования — через образование иона нитрония NO₂⁺ в кислой среде.

Биоцидное действие излучения горячей плазмы оказалось слабее, чем УФ-излучение лампы ДКБ-9. Это связано с разницей их спектров излучения. Спороцидный эффект излучения горячей плазмы более выражен: снижение количества КОЕ в 10 раз наблюдается при дозах излучения 200–280 Дж. Под действием УФ-излучения при тех же дозах уменьшение количества КОЕ составляет от 3 до ~30%. Спороцидный эффект излучения горячей плазмы обусловлен распадом долгоживущего комплекса …ONOOH/ONOO^–… с образованием оксида азота и иона нитрония в кислой среде.

Заключение. Проведенное исследование показало, что жизнеспособность спор под действием импульсного излучения горячей плазмы снижается. Излучение же УФ-лампы в изученных условиях практически не проникает через защитную оболочку споры. Спороцидный эффект излучения горячей плазмы обусловлен распадом долгоживущего комплекса …ONOOH/ONOO^–… с образованием оксида азота и иона нитрония в кислой среде. Процесс нитрования играет решающую роль в спороцидном действии излучения горячей плазмы искрового разряда. Принцип спороцидного действия излучения газоразрядной плазмы, основанный на нитровании, может быть использован при разработке дезинфицирующих устройств.

1. Nagababu E., Ramasamy S., Abernethy D.R., Rifkind J.M. Active nitric oxide produced in the red cell under hypoxic conditions by deoxyhemoglobin-mediated nitrite reduction. J Biol Chem 2003; 278(47): 46349–46356, https://doi.org/10.1074/jbc.m307572200.
2. Piskarev I.M. Features of the impact of pulsed radiation of hot plasma on water and aqueous solutions. Plasma Chem Plasma Process 2021; 41(5): 1347–1361, https://doi.org/10.1007/s11090-021-10188-1.
3. Piskarev I.M., Ivanova I.P. Effect of spark electric discharge between solid electrodes in water. Plasma Sources Sci Technol 2019; 28(8): 085008, https://doi.org/10.1088/1361-6595/aae35f.
4. Piskarev I.M. Chemical transformation of aqueous solutions activated by remote plasma spark discharge in air, nitrogen of oxygen. High Energy Chem 2021; 55(2): 145–149, https://doi.org/10.1134/s0018143921020119.
5. Bruggeman P.J., Kushner M.J., Locke B.R., Gardeniers J.G.E., Graham W.G., Graves D.B., Hofman-Caris R.C.H.M., Maric D., Reid J.P., Ceriani E., Fernandez Rivas D., Foster J.E., Garrick S.C., Gorbanev Y., Hamaguchi S., Iza F., Jablonowski H., Klimova E., Kolb J., Krcma F., Lukes P., Machala Z., Marinov I., Mariotti D., Mededovic Thagard S., Minakata D., Neyts E.C., Pawlat J., Petrovic Z.L., Pflieger R., Reuter S., Schram D.C., Schröter S., Shiraiwa M., Tarabová B., Tsai P.A., Verlet J.R.R., von Woedtke T., Wilson K.R., Yasui K., Zvereva G. Plasma-liquid interactions: a review and roadmap. Plasma Sources Sci Technol 2016; 25(5): 053002, https://doi.org/10.1088/0963-0252/25/5/053002.
6. Warren J.J., Winkler J.R., Gray H.B. Redox properties of tyrosine and related molecules. FEBS Lett 2012; 586(5): 596–602, https://doi.org/10.1016/j.febslet.2011.12.014.
7. De Filippis V., Frasson R., Fontana A. 3-nitrotyrosine as a spectroscopic probe for investigating protein-protein interactions. Protein Sci 2006; 15(5): 976–986, https://doi.org/10.1110/ps.051957006.
8. Gopi A., Gupta A., Devaraju K.S. Spectrophotometric estimation of nitro tyrosine by azo-coupling reaction. Int J Pharma Bio Sci 2014; 5(1): 269–277.
9. Bartesaghi S., Radi R. Fundamentals on the biochemistry of peroxynitrite and protein tyrosine nitration. Redox Biol 2018; 14: 618–625, https://doi.org/10.1016/j.redox.2017.09.009.
10. Piskarev I.M. The formation of ozone-hydroxyl mixture in corona discharge and lifetime of hydroxyl radicals. IEEE Trans Plasma Sci 2019; 49(4): 1363–1372, https://doi.org/10.1109/tps.2021.3064785.
11. Handbook of chemistry and physics. 97th edition. Haynes W.M. (editor). Boca Raton, London, New York: CRC Press; 2016–2017.
12. Luo Y.R. Handbook of bond dissociation energies in organic compounds. Boca Raton, London, New York, Washington, D.C.: CRC Press; 2003.
13. Chandra A.K., Uchimaru T. The O-H bond dissociation energies of substituted phenols and proton affinities of substituted phenoxide ions: а DFT study. Int J Mol Sci 2002; 3(4): 407–422, https://doi.org/10.3390/i3040407.
14. Лобачев В.Л., Рудаков Е.С. Химия пероксинитрита. Кинетика и механизмы реакций. Успехи химии 2006; 75(5): 422–440.
15. Пискарев И.М., Астафьева К.А., Иванова И.П. Воздействие импульсного излучения плазмы ультрафиолетового диапазона на жидкость через кожу крысы. Биофизика 2017; 62(4): 674–680.

Piskarev I.M., Ivanova I.P. Sporicidal Action of Pulsed Radiation of Hot Plasma. Sovremennye tehnologii v medicine 2022; 14(4): 17, https://doi.org/10.17691/stm2022.14.4.02