具有抗菌药物耐药性的细菌,例如大肠杆菌,每年已导致数百万人死亡,细菌对抗生素的耐药性严重威胁公众健康。据估计,2019 年有 495 万人因此死亡,英国政府最近委托进行的一项审查警告说,到 2050 年,抗菌药物耐药性可能导致每年 1000 万人死亡。
用两种波长的光(蓝色 LED 光和短波长紫外线(也称为远 UV-C))消灭细菌,产生强大的一二击,阻碍已知的多重耐药大肠杆菌菌株的生长和繁殖能力新西兰科学家发现。在《应用微生物学杂志》上发表的一项新研究中,科学家们报告说,双光治疗可能是一种有效的非化学抗菌治疗,不会促使细菌进一步增加其抗菌耐药性。
新西兰北帕默斯顿AgResearch研究所的首席科学家Gale Brightwell表示:“远 UV-C 和蓝光波长的结合可以协同作用来杀死细菌。” “这一发现令人兴奋,但需要进一步研究和验证,以充分理解其影响。”
几十年来,医院一直使用波长为 254 纳米的杀菌 UV-C 光来杀死细菌并对器械和表面进行消毒。在新冠肺炎 (COVID-19) 大流行期间,类似的 UV-C 发光机器人和个人消毒工具对于杀死导致新冠肺炎 (COVID-19) 的 SARS-CoV-2 病毒也变得非常重要。暴露在这种高能 UV-C 辐射一定时间内会损害微生物的 DNA 或 RNA,阻碍其正常细胞功能和复制能力,最终使它们变得无害或杀死它们。
但 254 纳米 UV-C 光可能对人的眼睛和皮肤有害,导致烧伤、癌症和白内障。研究人员最近表明,波长较短(222 nm)的远 UV-C 光可以安全地消灭空气中的病毒和细菌,而不会穿透人体皮肤或眼睛细胞。
众所周知,400 至 470 nm 波长范围内的蓝光对于具有感光细胞的细菌物种具有致命性。光会在细菌内产生有毒的、高反应性的氧气,从而损害细菌的细胞膜以及包裹和保护细菌的糖衣。它还会破坏它们的遗传物质,从而破坏细胞功能并最终损害它们的生长和繁殖能力。
Brightwell 和她的同事决定看看两种类型的抗菌光相结合如何影响一种称为超广谱 β-内酰胺酶大肠杆菌(ESBL大肠杆菌)的细菌。布莱特韦尔说,这些细菌产生的酶可以分解和破坏常用的抗生素,包括青霉素,“正在成为对人类健康的重大全球威胁”。“它们与更高的医院发病率和死亡率、更长的住院时间以及增加的医疗费用有关。”
研究小组将两种 ESBL大肠杆菌和两种抗生素敏感的大肠杆菌菌株分别暴露在 222 nm 远 UV-C 和 405 nm 蓝色 LED 光下,分别单独或一起暴露半小时。他们发现双重光照具有杀菌作用,可以杀死所有大肠杆菌菌株。单独使用远 UV-C 光并不能杀死所有细菌,单独使用蓝色 LED 光对细菌也显示出很小的效果。
Brightwell 说:“我们认为蓝光会对细菌细胞造成最初的损害,使它们更加脆弱,而远紫外线则利用这种弱化状态更有效地发挥其抗菌作用。”
光的剂量至关重要。当研究人员将所有四种菌株暴露于亚致死剂量的八个长脉冲双波长光下时,抗生素抗性 ESBL 菌株产生了光耐受性,并遗传给了后代,这表明它本质上可能是遗传性的。对抗生素敏感的菌株没有产生耐受性。Brightwell说,需要进一步的研究来了解这种光耐受性背后的机制,并确定杀死不同细菌菌株的最小有效光剂量。
考虑到对人类健康的潜在影响,还需要进行研究来了解如何安全地应用这项技术,并帮助建立监管标准和可接受的剂量。远 UV-C 通常被认为是安全的,但 405 nm 的蓝光需要人们佩戴安全眼镜以保护眼睛。Brightwell 表示:“我们相信,与灯具制造商的合作对于确保该技术在现实场景中应用时安全有效至关重要。”
尽管如此,与消耗大量能源和水的化学或热消毒等抑制细菌生长的标准方法相比,“使用光是一种有前途的替代方案,它提供了一种更便宜、不含化学物质且更可持续的消毒方法, ”布莱特韦尔说。