Бактерицидная эффективность излучения светодиода с длиной волны 272 нм в отношении госпитального штамма Klebsiella pneumoniae

Актуальность. В настоящее время применение ультрафиолетового (УФ) излучения для дезинфекции объектов и терапии инфекционных заболеваний рассматривается как перспективная альтернатива химическим биоцидным средствам и антибиотикам. Коротковолновые светоизлучающие диоды в спектральном диапазоне 200–280 нм и 280–315 нм являются сравнительно новым типом источников УФ излучения и потенциально способны удовлетворить требованиям актуальных медицинских технологий. Однако их возможности для лечения ран и инфекционных заболеваний на сегодняшний день практически не исследованы, что определяет актуальность экспериментов, направленных на изучение биоцидных и терапевтических свойств коротковолновых УФ светодиодов.

Цель исследования. Оценить бактерицидную эффективность излучения светодиода с длиной волны 272 нм (272 нм светодиод) в отношении госпитальных штаммов бактерий Klebsiella pneumoniae, характеризующихся множественной лекарственной устойчивостью.

Материал и методы. Исследования выполнены с использованием экспериментального образца светодиодного аппарата УФ облучения с максимумом излучения при длине волны 272 нм и суммарной электрической мощностью 10 Вт. Доза УФ излучения (энергетическая экспозиция), достигаемая за один сеанс облучения (12 секунд) на расстоянии 10 см от облучателя, составляла 8 мДж/см2 . В экспериментах использовали госпитальный штамм бактерии Klebsiella pneumoniae, выделенный из крови больного. Штамм характеризовался множественной лекарственной устойчивостью. Суспензию суточной культуры K. pneumoniae с концентрацией 108 КОЕ/мл в объеме 100 мкл переносили в чашку Петри диаметром 9 см с мясопептонным агаром и равномерно распределяли по поверхности диаметром 8 см. Чашки Петри облучали с расстояния 10 см от облучателя. Изменение дозы УФ облучения от 4 до 80 мДж/см2 осуществляли варьированием продолжительности облучения. После облучения экспериментальные и контрольные (без облучения) чашки Петри помещали в термостат при 37°С на 24 часа, а затем проводили подсчет выросших колоний. Всего проведено 60 экспериментов.

Результаты. В результате исследований показано, что светодиодный аппарат на основе пяти 272 нм светодиодов обеспечивает глубокое и оперативное обеззараживание поверхности от госпитальных штаммов бактерий K. pneumoniae, характеризующихся множественной лекарственной устойчивостью. Доза УФ излучения, равная 8 мДж/см2 , снижает контаминацию поверхности бактериями K. pneumoniae более чем в миллион раз (эффективность обеззараживания более 99,9999%). При дозах менее 10 мДж/см2 эффективность 272 нм светодиодного аппарата в отношении инактивации бактерий K. pneumoniae на 3–4 порядка выше бактерицидной эффективности ртутных ламп.

Вывод. Показана перспективность применения ультрафиолетовых аппаратов на основе светодиодов с максимумом излучения на длине волны 272 нм в системах оперативного обеззараживания массивно контаминированных поверхностей, потенциально включая и раневые поверхности.

1. Gupta A, Avci P, Dai T, Huang YY, Hamblin MR. Ultraviolet Radiation in Wound Care: Sterilization and Stimulation. Adv Wound Care. 2013;2(8):422–437. https://doi.org/10.1089/wound.2012.0366 PMID: 24527357

2. Muramoto Y, Kimura M, Nouda S. Development and future of ultraviolet light emitting diodes: UV-LED will replace the UV lamp. Semicon Sci Technol. 2014;29(8):084004. https://doi.org/10.1088/02681242/29/8/084004

3. Rattanakul S, Oguma K. Inactivation kinetics and efficiencies of UVLEDs against Pseudomonas aeruginosa, Legionella pneumophila and surrogate microorganisms. Water Res. 2018;130:31–37. https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.11.047 PMID: 29195159

4. Nishisaka-Nonaka R, Mawatari K, Yamamoto T, Kojima M, Shimohata T, Uebanso T, et al. Irradiation by ultraviolet light- emitting diodes inactivates influenza a viruses by inhibiting replication and transcription of viral RNA in host cells. J Photochem Photobiol B. 2018;189:193–200. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2018.10.017 PMID: 30391908

5. Cheng Y, Chen H, Sánchez Basurto LA, Protasenko VV, Bharadwaj S, Islam M, et al. Inactivation of Listeria and E. coli by Deep-UV LED: effect of substrate conditions on inactivation kinetics. Sci Rep. 2020;10(1):3411. https://doi.org/10.1038/s41598-020-60459-8 PMID: 32099043

6. Inagaki H, Saito A, Sugiyama H, Okabayashi T, Fujimoto Sh. Rapid inactivation of SARS-CoV-2 with deep-UV LED irradiation. Emerg Microbes Infect. 2020;9(1):1744–1747. https://doi.org/10.1080/22221751.2020.1796529 PMID: 32673522

7. Coohill Th P, Sagripanti J-L. Overview of the Inactivation by 254 nm Ultraviolet Radiation of Bacteria with Particular Relevance to Biodefense. Photochem Photobiology. 2008;84(5):1084–1090. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2008.00387.x PMID: 18627518

8. Hoyer O. Testing performance and monitoring of UV systems for drinking water disinfection. Water Supply. 1998;16(1/2):419–442.

9. Kowalski W. Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook. Berlin, Heidelberg: Springer; 2009. https://doi.org/10.1007/978-3-642-01999-9

10. Zemke V, Podgorsek L, Schoenen D. Ultraviolet disinfection of drinking water. 1.Communication: Inactivation of E. coli and coliform bacteria. Zentralbl Hyg Umweltmed. 1990;190(1/2):51–61. PMID: 2203373

11. Giese N, Darby J. Sensitivity of microorganisms to different wavelengths of UV light: Implications on modeling of medium pressure UV systems. Water Research. 2000;34(16):4007–4013. https://doi.org/10.1016/S00431354(00)00172-X

12. Masjoudi M, Mohseni M, Bolton J R. Sensitivity of Bacteria, Protozoa, Viruses, and Other Microorganisms to Ultraviolet Radiation. J Research of NIST. 2021;126:126021. https://doi.org/10.6028/jres.126.021

13. Chevrefils G, Caron É, Wright H, Sakamoto G, Payment P, Barbeau B, et al. UV Dose Required to Achieve Incremental Log Inactivation of Bacteria, Protozoa and Viruses. IUVA News. 2006;8(1):38–44.

14. Ultraviolet Light Disinfection Data Sheet. ClorDiSys, Rev.122020. Available at: https://www.clordisys.com/pdfs/misc/UV%20Data%20Sheet.pdf [Accessed 31 Aug, 2023]