Désinfection du SRAS

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8229 (2023) Citer cet article

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L'irradiation UV est un outil efficace pour la désinfection des virus en général et des coronavirus en particulier. Cette étude explore la cinétique de désinfection des variantes du SRAS-CoV-2 de type sauvage (similaire à la souche Wuhan) et de trois variantes (Alpha, Delta et Omicron) par 267 nm UV-LED. Toutes les variantes ont montré une réduction moyenne de plus de 5 logs du nombre de copies à 5 mJ/cm2, mais l'incohérence était évidente, en particulier pour la variante Alpha. L'augmentation de la dose à 7 mJ/cm2 n'a pas augmenté l'inactivation moyenne, mais a entraîné une diminution spectaculaire de l'incohérence de l'inactivation, faisant de cette dose le minimum recommandé. L'analyse de séquence suggère que la différence entre les variantes est probablement due à de petites différences dans la fréquence de motifs de séquence de nucléotides extra-sensibles aux UV spécifiques, bien que cette hypothèse nécessite des tests expérimentaux supplémentaires. En résumé, l'utilisation d'UV-LED avec leur simple besoin en électricité (peut fonctionner à partir d'une batterie ou d'un panneau photovoltaïque) et leur flexibilité géométrique pourraient offrir de nombreux avantages dans la prévention de la propagation du SRAS-CoV-2, mais une dose UV minimale doit être soigneusement considéré.

L'efficacité de l'irradiation ultraviolette (UV) dépend de plusieurs facteurs tels que la dose UV, l'irradiance, la source d'irradiation, le type de micro-organisme et de souche, la matrice et la longueur d'onde UV. Les diodes électroluminescentes UV (LED UV) émettent de la lumière UV à des longueurs d'onde spécifiques avec des largeurs de bande relativement étroites à pleine largeur à mi-hauteur (FWHM). Par exemple, les longueurs d'onde des LED UV ou du mercure polychromatique dans la plage germicide ont montré une efficacité inférieure à des longueurs d'onde UV plus élevées1,2, tandis que des écarts de la loi de réciprocité dose-temps ont été trouvés pour les LED UV de différentes longueurs d'onde et mécanismes de dommages UV (Réf.3 ; voir également le tableau 2).

L'irradiation UV est efficace dans l'inactivation des virus dans divers environnements tels que les solutions aqueuses1,4, sur les surfaces5,6 et dans l'air/les bioaérosols7,8. L'irradiation UV s'est également avérée efficace dans l'inactivation des coronavirus humains (par exemple, hOC431) et du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV2)9,10. Cependant, les épidémies de SARS-CoV-2 se caractérisent par l'apparition rapide de variantes11,12, ce qui complique les comparaisons entre les études réalisées sur différentes variantes de SARS-CoV-2. Notre étude précédente a examiné l'impact des longueurs d'onde des LED UV sur une souche de coronavirus humain (hCV-431). Ici, nous avons examiné la sensibilité de quatre variantes différentes du SRAS-CoV-2 (type sauvage, Alpha, Delta et Omicron) à la longueur d'onde germicide UV-LED avec un pic d'émission à 267 nm.

Les spectres UV-LED présentaient un pic d'émission à 267 nm avec une bande passante FWHM étroite de 12 nm (Fig. 1).

Spectre d'émission de la LED UV 267 nm utilisée dans cette étude.

À la dose zéro (pas d'exposition aux UV), une variation a été trouvée parmi les nombres initiaux de copies de virus des différentes variantes, mais l'analyse ANOVA à un facteur n'a révélé aucune différence statistiquement significative (F3,60 = 0,2941, p = 0,83). La courbe de réponse au temps d'irradiation et à la dose (fluence) de différentes variantes du SRAS-CoV-2 à la LED UV 267 nm est présentée à la Fig. 2. La première inactivation statistiquement significative pour les variantes wt, Delta et Omicron a nécessité une exposition à 2 mJ/cm2, tandis que la variante Alpha nécessitait 5 mJ/cm2 (Fig. 2b), avec des doses plus élevées entraînant un plateau jusqu'à la dose maximale (10 mJ/cm2). Fait intéressant, la variabilité de l'efficacité de l'inactivation était à la fois dépendante de la dose UV et de la variante, comme en témoignent la taille des barres d'erreur (Fig. 2) et le coefficient de variance élevé, en particulier pour la variante Alpha (tableau 1). Cette variabilité aux doses plus faibles devrait jouer un rôle lors de la conception d'un système de désinfection pour atténuer les coronavirus et une dose UV-LED de 7 mJ/cm2 est recommandée. De plus, l'irradiance incidente de la LED était faible dans ce cas, mais des LED plus puissantes (entraînant un flux radiant plus élevé à un temps d'exposition donné) pourraient atténuer le risque de cette variabilité et devraient être examinées.

Temps d'irradiation UV267nm et courbes dose-réponse des différentes variantes du SRAS-CoV-2 (irradiance incidente pondérée 0,152 mW/cm2). Les points de données sont des moyennes (N = 11–16 pour 0 à 5 mJ/cm2 et N = 4 pour 7 mJ/cm2 et plus). Les barres d'erreur indiquent 1 SD.

Pour déchiffrer le mécanisme sous-jacent à l'efficacité d'inactivation différente, nous avons examiné plus en détail les séquences de la variante en nous concentrant sur les séquences stretch YTTC et YCTY ("Y" étant C ou T), consensus pour l'adduct 6-4PP induit par les UV de la plus haute intensité et les dommages CPD respectivement17 . Le tableau 2 rapporte le nombre d'apparitions de ces séquences dans les séquences des différentes variantes (voir l'alignement des séquences dans la Fig. S1 supplémentaire), démontrant que la variante Alpha a l'apparence la plus faible de ces séquences, en accord avec sa tolérance et sa variance plus élevées en réponse aux UV. à des doses intermédiaires (soit 2 mJ/cm2). Cette hypothèse, si elle est correcte, suggérerait que de petits changements dans la séquence du génome du virus pourraient entraîner des changements spectaculaires dans sa résistance aux UV et devraient être pris en compte lors de la recherche de l'utilisation de l'irradiation UV comme moyen de lutter contre les virus pathogènes.

Les données présentées sur la figure 2b correspondent bien aux résultats publiés précédemment, à la fois en suggérant que les UVC peuvent être efficaces contre les virus SARS-CoV-2 et les doses nécessaires pour une inactivation efficace (tableau 3). Il convient de noter que les données publiées antérieurement sur l'inactivation du virus SARS-CoV-2 en suspension suggéraient des doses plus élevées nécessaires pour une réduction de 3 log (comparer le tableau 3, lignes 1, 4, 6, 7 et 8), probablement en raison de l'ajout de protéine à la suspension8, servant d'absorbant UV. Lorsque la suspension et les aérosols ont été directement comparés8, des doses beaucoup plus faibles ont été nécessaires pour une activation similaire du virus dans ce dernier (voir la ligne 7 du tableau 3), probablement en raison de la taille beaucoup plus petite des gouttelettes dans l'aérosol (dans la Réf.8 plus de 80% des gouttelettes étaient inférieures à 1 µm tandis que les gouttelettes de suspension étaient probablement d'environ 1 mm, étant donné qu'elles utilisaient un volume similaire à celui présenté ici).

En résumé, nos résultats et les précédents suggèrent que l'irradiation UVC peut être utilisée pour lutter contre le coronavirus humain tout en atténuant les effets environnementaux de l'utilisation de désinfectants et en permettant la réutilisation des masques respiratoires9,18 en réduisant les déchets plastiques provenant de tels19. De plus, l'utilisation des UV comme désinfectant peut réduire l'utilisation d'agents désinfectants chimiques problématiques pour l'environnement20 et de lampes UV contenant du mercure (conformément à la convention de Minamata pour réduire la pollution mondiale par le mercure). Le petit format des LED UV et les circuits électriques simples nécessaires aux LED UVC pourraient également soutenir leur incorporation dans les systèmes de ventilation d'air21 bien qu'une telle application soit encore limitée par l'efficacité d'émission des LED UV.

Quatre variants du SARS-CoV-2 ont été utilisés dans cette étude : wt (souche de type wt, B.1.1.50, qui a circulé en Israël en 2020) ; Alpha (B.1.1.7 501Y.V1), contenant de multiples mutations de pointe, a démontré un taux de transmission 70 % plus élevé que la souche wt13 ; Delta (B.1.617.2), signalé plus infectieux et provoquant une maladie plus grave par rapport à la variante Alpha13 ; et Omicron (B.1.1.529), contenant plus de trente mutations d'acides aminés dans la protéine de pointe, et démontrant un taux de mutation supérieur à celui des autres variantes de 5 à 11 fois ainsi qu'une transmissibilité et une évasion immunitaire améliorées14. Toutes les variantes du virus ont été isolées au laboratoire de Mandelbaum à partir d'échantillons d'écouvillons respiratoires restants (échantillons entièrement anonymisés) utilisés pour le diagnostic de routine et trouvés positifs pour le SRAS-CoV-2. Tous les protocoles ont été menés sous l'approbation du Sheba Medical Center Helsinki Committee (numéro 7875-20-SMC), et dans ces circonstances, les hôpitaux n'ont pas besoin d'un consentement éclairé. Les virus ont été identifiés par séquençage (séquences déposées dans la base de données NCBI GeneBank sous les numéros d'adhésion OQ948263 à OQ948266, respectivement. Les séquences peuvent également être trouvées dans le https://gisaid.org/ sous les numéros d'adhésion EPI_ISL_745046, EPI_ISL_737204, EPI_ISL_21830606060 et EPI_ISL_737204, EPI_ILS_2183060606060606. 197, respectivement) . La propagation des virus s'est déroulée comme décrit précédemment15.

La source UV était un dispositif UV-LED sur mesure construit en collaboration avec AquiSense, ayant une longueur d'onde d'émission maximale à 267 nm (Fig. 1)1,16. L'irradiance incidente pondérée était de 0,152 mW/cm2 au centre de la zone d'exposition (mesurée avec un spectroradiomètre Ocean Optics USB4000 étalonné équipé d'un correcteur de cosinus et intégré pour 250–290 nm). La dose UV (mJ/cm2) a été déterminée en multipliant l'irradiation mesurée (mW/cm2) par le temps d'irradiation (secondes).

L'irradiation du virus a été effectuée comme décrit précédemment1. En bref, la suspension virale a été diluée dans du milieu essentiel minimum d'Eagle sans rouge de phénol (UVT > 95 %) à une concentration de 10 × 100TCID50 (c'est-à-dire 1000 fois la dilution d'un virus nécessaire pour infecter 50 % des cellules de la culture cellulaire22, ici dans les 5 jours suivant l'infection). Cinquante µl de cette suspension de virus ont été placés dans chaque puits d'une plaque noire à 24 puits (donnant une couche d'environ 1 mm de hauteur au point le plus élevé). Tous les puits ont été recouverts de ruban isolant noir. Chaque fois avant l'irradiation, la bande a été retirée d'une colonne à 4 puits ou d'une rangée à 6 puits pendant le temps désigné1,16, ce qui a donné 4 ou 6 répétitions par plaque, en conséquence. Dans chaque plaque testée, une colonne/rangée de puits a été laissée couverte tout au long de l'irradiation pour servir de témoin sans UV et de référence d'irradiance 0. Le processus a été répété trois fois pour les durées d'irradiation plus courtes (1, 2 et 5 mJ/cm2) en raison de la variabilité significative des résultats. Le contrôle d'irradiation zéro a été maintenu recouvert de la bande tout au long du processus d'irradiation pour permettre d'autres effets.

La quantification des virus a été effectuée après la prolifération, ne quantifiant ainsi que les virus capables d'infecter. À cette fin, après irradiation, 450 µl de milieu essentiel minimum d'Eagle additionné de 2 % (v/v) de sérum de veau fœtal (MEM-EAGLE) ont été ajoutés à chaque puits (y compris les puits « sans UV »); le contenu a été mélangé par pipettation et 50 µl ont été transférés dans un puits d'une plaque à 96 puits (Applied Biosystems, États-Unis) contenant des cellules Vero-E6 âgées de 24 h (confluence de 80 à 90 %) dans le même milieu, donnant la concentration virale de 100TCID50 par puits (pour les virus pré-irradiés). Les plaques ont été incubées pendant 1 h à 33 ° C, les virus non attachés ont été lavés avec du milieu par pipetage et 200 μL de milieu MEM-EAGLE contenant 2% de FCS ont été ajoutés. Les cellules ont ensuite été incubées dans un incubateur humidifié avec 5 % de CO2 à 33 °C pendant cinq jours supplémentaires. L'ARN total a été extrait des cellules à l'aide d'un instrument MagNA Pure 96 (Roche Life Science) selon le protocole du fabricant. Le nombre de copies de virus dans les cellules a été déterminé par transcriptase inverse - qPCR (réalisé dans un thermocycleur CFX-96, Bio-Rad, USA) et comparé à une courbe d'étalonnage construite à partir de solutions virales de titres connus. Les oligonucléotides utilisés étaient E_Sarbeco_F (ACAGGTACGTTAATAGTTAATAGCGT) et E_Sarbeco_R (ATATGCAGCAGTACGCACACA) et la sonde était E_Sarbeco_P1 (FAM-ACACTAGCCATCCTTACTGCGCTTCG-BBQ), avec les conditions décrites dans la Réf.23.

Le log de l'inactivation a été calculé séparément pour chaque combinaison variant-préparation sous forme de log (N0/N), N et N0 étant respectivement les concentrations virales avec et sans irradiation, afin de corriger la variabilité du nombre initial de virus (à la fois pour différentes préparations du même variant et entre variantes à la même date de préparation). A cet effet, le nombre de virus dans chaque puits (Eq. 1, Ndose-variant) a été divisé par le nombre moyen de virus des variants spécifiques moyens correspondants aux puits noUV dans la même plaque (Eq. 1 N0-variant).

Toutes les analyses ont été effectuées avec les statistiques SPSS pour les fenêtres v.24 (IBM, publié en 2016) avec des sommes de carrés de type III.

La quantification des motifs sensibles aux UV a été effectuée dans R (version 4.1.3 ; 2022-03-10) à l'aide d'un code personnalisé (voir informations supplémentaires). La comparaison de séquences a été effectuée à l'aide de l'algorithme MAFFT (https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/mafft/) et l'alignement à l'aide de Clustal Omega (https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/ clusalo/).

Cette recherche a été partiellement financée par une subvention interne de l'Oranim Academic College et par le Tel Aviv University Center for Combatting Pandemics (TCCP).

Les séquences des variants utilisés dans cette étude ont été déposées dans (séquences déposées dans la base de données de la banque de gènes NCBI sous les numéros d'accession OQ948263 (wt), OQ948264 (Alpha), OQ948265 (Delta), OQ948266 (Omicron). Les séquences peuvent également être trouvées dans le https ://gisaid.org/ sous les numéros d'accès EPI_ISL_745046, EPI_ISL_737204, EPI_ISL_2183060 et EPI_ISL_7869197, respectivement) https://gisaid.org/ sous les numéros d'accès EPI_ISL_745046 (wt), EPI_ISL_737204 (Alpha), EPI_ISL_21830 60 (Delta) et EPI_ISL_7869197 (Omicron) .

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La recherche a été partiellement financée par le Centre de lutte contre les pandémies de l'Université de Tel Aviv https://en-pandemics.tau.ac.il/ (HM) et par la subvention interne du Collège Oranim (YG).

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Michal Mandelboim et Yoram Gerchman.

Laboratoire central de virologie, ministère de la Santé, Centre médical Chaim Sheba, Tel-Hashomer, Ramat-Gan, Israël

Nofar Atari, Neta Zuckerman et Michal Mandelboim

École de génie mécanique, Faculté de génie, Université de Tel Aviv, 69978, Tel Aviv, Israël

Mamane Fées

Département de biologie et environnement, Faculté des sciences naturelles, Université de Haïfa-Oranim, Kiryat Tiv'on, Israël

Alon Silberbush

Département d'épidémiologie et de médecine préventive, École de santé publique, Université de Tel-Aviv, Tel-Aviv, Israël

Michel Mandelboim

The Institute of Evolution, Université de Haïfa, Haïfa, Israël

Yoram Gerchman

Collège Oranim, 3600600, Tivon, Israël

Yoram Gerchman

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NA Expériences préformées et données collectées, examen du manuscrit. Financement HM Secured, examen du manuscrit. AS Réalisation d'analyses statistiques, revue de manuscrits. NZ Réalisation d'analyses de séquences bioinformatiques, examen de manuscrits. MM Conception et conception de l'analyse, expérimentations supervisées, revue de manuscrits. YG Conception et conception de l'analyse, financement sécurisé, rédaction de la première ébauche, révision du manuscrit.

Correspondance à Yoram Gerchman.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Atari, N., Mamane, H., Silberbush, A. et al. Désinfection du SARS-CoV-2 par UV-LED 267 nm : comparaison de différentes variantes. Sci Rep 13, 8229 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35247-9

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Reçu : 23 septembre 2022

Accepté : 15 mai 2023

Publié: 22 mai 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35247-9

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