UV-lys beskytter mot skadelige virus

– Selv om bruk av ultrafiolett (UV) lys er anerkjent som et svært effektivt verktøy mot sykdomsfremkallende mikroorganismer, er det behov for å se med nye øyne på hvordan vi bruker UV-lys, sier Malcolm Reid, forskningsleder i Norsk institutt for vannforskning (NIVA).

I en fersk publikasjon viser NIVAs forskere hvordan UV-lys på en enda mer effektiv måte kan brukes mot skadelige mikroorganismer i vann.

– Helt kort oppsummert handler dette om å bruke UV-lys for å drepe virus, bakterier og gener assosiert med antimikrobiell resistens, sier Reid.

En global helsetrussel

Antimikrobiell resistens (AMR) betyr motstandsdyktighet mot antimikrobielle midler som brukes for å ta knekken på mikroorganismer, slik som sopp, virus og bakterier. Verdens helseorganisasjon (WHO) har slått fast at AMR er en av de største helsetruslene verden står overfor.

– På NIVA jobber vi med å utvikle UV-LED-lys som forsikrer at disse mikroorganismene ikke gjenoppstår etter behandling. Dersom virusene og bakteriene ikke er helt nøytralisert, utgjør de fortsatt en helserisiko for mennesker og dyr, sier Reid.

Kampen mot antimikrobiell resistens er ekstra aktuell i dagens pandemisituasjon. Det fryktes at økt press på globale helsesystemer vil forverre problemet på grunn av at antibiotika i større grad brukes for å avlaste helsevesenet fra andre sykdommer. Dette tilfører en ny dimensjon i et allerede enormt problem.

Trygt og kostnadseffektivt

Det finnes tre ulike typer UV-stråling, og det er hovedsakelig typen UV-C som er bakteriedrepende.

For NIVAs forskere er det bruksområder i vann som har vært i fokus. I dag brukes UV-desinfeksjonssystemer i alt fra rensing av drikkevann i private husholdninger, til desinfisering av vannforsyning til byer og i industriell avløpsrensing.

– UV-behandling for vann er anerkjent som en trygg og kostnadseffektiv måte å desinfisere vann, sier Muhammad Umar, NIVA-forsker og førsteforfatter av den ferske publikasjonen.

– Likevel er det viktig med et enda større fokus på mulighetene som åpner seg med denne teknologien. På NIVA tar vi opp noen høyaktuelle utfordringer som vi står overfor i det moderne samfunnet, og prøver å vise hvordan banebrytende, ny teknologi aktivt kan bidra med løsninger, sier Umar.

«Ser lyset» med UV-LED

UV-desinfeksjonssystem betegnes som en ekstremt effektiv måte å få has på mikrobiell forurensning i vann. Imidlertid er det avgjørende å finne akkurat riktig UV-dose og type UV-lys for effektivt å desinfisere vannet – og dermed gjøre det trygt for forbrukerne.

– Den typen UV som oftest brukes til desinfisering, genereres ved 254 nanometer. Strålingen dreper bakterier og kan benyttes til desinfisering for eksempel i sykehus, sier Umar.

Ofte brukes kvikksølvlamper for å generere 254 nm. Kvikksølv er åpenbart ikke ønskelig sett fra miljøperspektiv.

Et UV-lys med én enkelt bølgelengde er heller ikke det mest effektive. I tillegg bruker tradisjonelle lamper mye strøm.

– Vår løsning er å bruke LED-lamper som kan generere forskjellige typer UV-lys, uten bruk av kvikksølv. Disse lampene kan skreddersys for å gi akkurat rett type UV-lys, og dermed maksimere desinfeksjonseffektiviteten på en miljømessig, bærekraftig måte, forklarer Umar.

Ulike LED-lys kan også kombineres for å optimalisere hvilke typer UV-lys som er mest effektive.

NIVAs forskere har med andre ord «justert siktet», og tatt et viktig steg i retning av å finne enda mer effektive doser for å ta knekken på skadelige virus og bakterier.

– Vi forsøker å forstå hvordan spesifikke typer UV-LED-lys kan brukes til å forbedre effektiviteten og redusere de totale kostnadene. Vår forskning viser at UV-lys kan være en trygg, kjemikaliefri, og miljømessig bærekraftig og kostnadseffektiv løsning, sier Umar.

Stor praktisk betydning

I den ferske studien viser forskerne at NIVAs løsning kan brukes til å oppnå en såkalt 4-log-reduksjon av både antibiotikaresistente gener, og virus.

Log-reduksjon er et mål på hvor grundig en dekontaminasjonsprosess reduserer konsentrasjonen av et forurensningsmiddel. En 4-log-reduksjon tilsvarer en reduksjon på 99,99 prosent fra den opprinnelige konsentrasjonen.

– Dette er funn av stor praktisk betydning. Vi bruker en annen type UV-lys, altså LED, men viser at den samme UV-dosen også kan gi en 4-log-reduksjon, forklarer Umar.

I dag finnes det etablerte standarder for nødvendig UV-dose for vanlig desinfeksjon. Valg av UV-dose for å ta knekken på antimikrobiell resistens, er imidlertid kompleks.

– Å finne riktig UV-dose for å ta knekken på forskjellige målbakterier, varierer. Å finne en enkelt dose som kan brukes til alt, er like komplisert som å finne et panacé – universalmedisinen de gamle alkymistene søkte etter som ifølge myten kan helbrede alt, avslutter Umar.

Ultrafiolett stråling Ultrafiolett stråling er elektromagnetisk stråling med bølgelengder som ligger mellom synlig lys og røntgenstråler. UV-stråling deles i tre grupper avhengig av bølgelengden: • UVC-strålingen (100–280 nm) blir stort sett absorbert av atmosfærens ozonlag • UVB-strålingen (280–315 nm), omtrent ti prosent av den når Jordens overflate • UVA-strålingen (315–400 nm), som for det meste når Jordens overflate UVC-området (100–280 nm) faller stort sett sammen med det såkalte bakteriedrepende området på 220–300 nm. UV-stråling skader DNA-et hos mikroorganismer, så de ikke kan formere seg og dør. Ingen bakterier, virus, kan overleve når de blir utsatt for riktig dose UV-lys. Derfor regnes UV-C-teknologi som en trygg og kostnadseffektiv måte å desinfisere vann. Tradisjonelle lamper er dyre og krever mye strøm, og er lite miljøvennlige. Ny forskning fra NIVA viser at UV-LED-lys kan være en trygg, kjemikaliefri, og miljømessig bærekraftig og kostnadseffektiv løsning.

Referanse

Muhammad Umar, Marc Anglès d'Auriac, Aina Charlotte Wennberg (2021) Application of UV-LEDs for antibiotic resistance genes inactivation – Efficiency monitoring with qPCR and transformation, Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 9, Issue 3, June 2021, 105260. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105260