Способ фотоинактивации вируса гриппа а птиц подтипа h5n1

Изобретение относится к области вирусологии. Способ заключается в использовании излучения видимого спектрального диапазона с применением водорастворимых фотосенсибилизаторов катионного типа, которые вводят до облучения в вируссодержащую среду в концентрации 0,25-2 кг/мл. Способ характеризуется применением низких концентраций фотосенсибилизаторов и безвредного белого или красного света, что обеспечивает его экономичность и безопасность. Кроме того, использование этого способа позволит уменьшить все возрастающую распространенность заболеваний, вызываемых вирусом «птичьего гриппа». Изобретение может быть использовано для фотообеззараживания различных сред от вируса гриппа А птиц подтипа H5N1 (вируса «птичьего гриппа»). 2 табл.

 

Настоящее изобретение относится к вирусологии и может быть использовано для фотообеззараживания различных сред от вируса гриппа А птиц подтипа H5N1 (вируса «птичьего гриппа»).

Известно инактивирующее, или повреждающее, действие света, фотосенсибилизированное некоторыми органическими соединениями, преимущественно относящимися к красителям. Характерным примером является фотосенсибилизация различных биологических систем псораленами при УФ облучении.

Так, известен способ фотосенсибилизированной псораленами инактивации вирусов, бактерий и простейших в препаратах крови [Corash L. Inactivation of viruses, bacteria, protozoa and leukocytes in platelet and red cell concentrates. Vox Sang. 2000. V. 78. P.P. 205-210].

Основным недостатком псораленов является их мутагенный потенциал, в том числе в отношении животных клеток, обусловленный фотоиндуцированными ими сшивками ДНК.

Эффект образования цитотоксичных активных форм кислорода (синглетный кислород, супероксид) из молекулярного кислорода при участии красителя называют фотодинамическим, а соответствующий способ фотоинактивации патогенных микроорганизмов и лечения инфекционных заболеваний - антимикробной фотодинамической терапией (АФДТ) [Wainwright М. Photodynamic antimicrobial chemotherapy (PACT). J. Antimicrob. Chemother. 1998. V. 42, P.P. 13-28]. Селективность антимикробной ФДТ основана на большей чувствительности микроорганизмов по сравнению с животными клетками к активным формам кислорода.

Наиболее широко известен способ фотодинамической инактивации бактерий. В связи с широким распространением лекарственной устойчивости среди возбудителей различных инфекционных заболеваний этому способу придают большое значение и рассматривают как альтернативу традиционной химиотерапии [Hamblin M.R., Hasan T. Photodynamic therapy: a new antimicrobial approach to infectious disease? Photochem. Photobiol. Sci. 2004. V.3.P.P.436-450].

Однако различные виды бактерий сильно отличаются по чувствительности к фотодинамической инактивации. Наиболее устойчивыми являются грамотрицательные бактерии. Это связано с низкой проницаемостью их внешней клеточной мембраны для красителей. Отрицательный заряд поверхности бактериальных клеток определяет активное связывание с ними и, соответственно, широкую антибактериальную активность красителей катонного тала [Minnock A., Vernon D.I., Schofield J., Griffiths J., Parish J.H., Brown S.T. Photoinactivation of bacteria. Use of a cationic water-soluble zinc phthalocyanine to photoinactivate both gram-negative and gram-positive bacteria. J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 1996. V. 32. P.P. 159-164; Jori G. Photodynamic therapy of microbial infections: state of the art and perspectives. J. Environ. Pathol. Toxicol. Oncol. 2006. V. 25. P.P. 505-519. Патент РФ №2282647, C09B 47/32, 2006 г.].

Грибы имеют более просто устроенную внешнюю клеточную стенку. Для фотодинамической инактивации патогенов грибковой природы, например, дрожжевых грибов рода Candida, могут применяться анионные [Bertoloni G., Reddi Е., Gatta М., Burlini С., Jori G. Factors influencing the haematoporphyrin-sensitized photoinactivation of Candida albicans. J. Gen. Microbiol. 1989. V. 135. P. 957-966], амфифильные [Патент РФ №2230110, C12N 1/14, 2004 г.] и катионные фотосенсибилизаторы [Патент РФ №2282647, С09В 47/32, 2006 г.].

Вирусы в связи с особенностями строения представляют собой принципиально отличающуюся от клеточных форм микроорганизмов мишень для антимикробной ФДТ. Наибольшее значение для эффективности фотодинамической инактивации с тем или иным типом красителей имеет наличие, состав и строение оболочки вирионов. Так, анионные красители эффективны в отношении вирусов, имеющих оболочку, а механизм инактивации заключается в окислительной деструкции ее компонентов, в частности, индукции сшивок белков. Общепринято, что вирусы, не имеющие оболочек, более чувствительны к фотосенсибилизаторам катионного типа, которые имеют сродство к нуклеиновым кислотам и индуцируют окисление их азотистых оснований, главным образом, гуанозина [Wainwright М. Photoinactivation of viruses. Photochem. Photobiol. Sci. 2004. V. 3. P.P. 406-411]. Однако в связи с особенностями строения разных видов вирусов их чувствительность к фотодинамической инактивации с тем или иным красителем является индивидуальной характеристикой.

Для некоторых вирусов, имеющих оболочку, известны способы фотодинамической инактивации также с использованием катионных красителей. Так, имеющий оболочку вирус герпеса более эффективно инактивируется в присутствии катионных и амфифильных производных фталоцианинов по сравнению с анионным Мероцианином 540 [Smetana Z., Mendelson Е., Manor J., van Lier E., Ben-Hur E., Salzberg S., Malik Z. Photodynamic inactivation of herpes viruses with phthalocyanine derivatives. J. Phorochem. Photobiol. B. 1994. V. 22. P.P. 37-43].

Фталоцианины с положительно заряженными остатками на центральном атоме кремния используются для инактивации вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) при обеззараживании компонентов крови [Ben Hur Е., Moor C.E,, Margolis-Nunno H, Gottlieb P., Zuk M.M. et al. The photodecontamination of cellular blood components: mechanisms and use of photosensitization in transfusion medicine. Transf. Med Rev. 1996. V.10. P. 15-22].

Монокатионный краситель метиленовый голубой эффективен в инактивации лишенного оболочки аденовируса [Schagen F., Moor А.С, Cheong S.C., Cramer S.J., van Ormondt H., van der Eb A J., Dubbelman Т., Hoeben R.C. Photodynamic treatment of adenoviral vectors with visible light: an easy and convenient method for viral inactivation. Gene Therapy. 1999. V. 6 P.P. 873-881] и имеющего оболочку денге вируса [Huang O., Fu W.L., Chen В., Huang J.F., Zhang X., Xue O. Inactivation of dengue virus by methylene blue/narrow bandwidth light system. J Pnotochem Photobiol B. 2004. V. 77. P.P. 39-43].

В то же время катионный порфирин, вызывающий инактивацию ряда вирусов, имеющих липидные оболочки, оказался неэффективен в отношении лишенного оболочки парвовируса [Trannoy L.L., Terpstra F.G., de Korte D., Lagerberg J.W.,Verhoeven A.J., Brand A., van Engelenburg F.A. Differential sensitivities of pathogens in red cell concentrates to Tri-P(4)-photoinactivation. 2006. Vox Sang V 91. P.P. 111-118].

Таким образом, антивирусная активность сложным образом зависит от физико-химических характеристик красителя и природы объекта фотоинактивации, что затрудняет прогнозирование на основании имеющихся в литературе данных эффективности новых фотосенсибилизаторов и чувствительности неиспытанных видов вирусов.

Несмотря на большое значение разработки эффективных способов борьбы с вирусом «птичьего гриппа», возможность его фотодинамической инактивации для обеззараживания различных сред не изучалась.

Известен способ фотоинактивации вируса гриппа Н5 серогруппы и вируса «птичьего гриппа», выбранных авторами за прототип, с использованием ультрафиолетовых бактерицидных (253,7 нм) облучателей (Информационное письмо ФГУП ГНЦ ВБ «Вектор» от 2005 г.). Недостатком этого способа является применение коротковолнового УФ излучения, оказывающего вредное воздействие на организмы человека и животных.

Задача предлагаемого изобретения заключалась в разработке такого способа фотоинактивации вируса «птичьего гриппа», который бы обеспечил 100% инактивацию вируса при кратковременном (в течение нескольких минут) действии безвредного излучения видимого спектрального диапазона - белого или красного света.

Поставленная задача решается применением фотосенсибилизаторов - водорастворимых красителей катионного типа путем их введения до облучения в вирусосодержащую среду в концентрации 0,25-2 мкг/мл.

Применение фотосенсибилизатора в концентрации менее 0,25 мкг/мл не обеспечивает эффективную фотоинактивацию, а повышение ее выше 2 мкг/мл нецелесообразно, т.к. не дает повышения эффективности.

Способ осуществляется следующим образом.

В экспериментах используют вирус гриппа А птиц подтипа H5N1 (РНК-содержащий, имеющий оболочку вирус) в экстраэмбриональной жидкости с исходным титром 10⁹ ЭЛД₅₀ (эмбриональных летальных доз). Готовят ряд десятикратных разведений вируса, для чего к 0,5 см³ вируссодержащей жидкости добавляют 4,5 см³ физиологического раствора.

В вируссодержащую жидкость с дозой вируса 10²-10⁷ ЭЛД₅₀/мл вводят катионный краситель в концентрации 0,25-2 мкг»мл и через 10 мин облучают 5 мин с использованием галогенового источника белого света (освещенность на уровне образца - 65000 люкс) или светодиодного источника красного света (плотность мощности на уровне образца 17 мВт/см²).

В качестве фотосенсибилизаторов применяют, например, монокатионные красители профлавин ацетат и метиленовый голубой или октакатионный октакис(N-(2-гидроксиэтил)-N,N-диметиламмониометил фталоцианин цинка октахлорид (Холосенс).

Заражение проводят на 10-дневных развивающихся куриных эмбрионах. Обработанным материалом с различными разведениями вируса заражают по 6 эмбрионов. Для заражения эмбриона пробойником пробивают в скорлупе 2 отверстия на глубину 1,2±0,3 мм, в которые 1 инокулируют по 0,1 см³, отверстия заливают расплавленным парафином. Зараженные эмбрионы помещают в термостат при температуре 37±0,5°С и овоскопируют 2 раза в день. Учет гибели зараженных эмбрионов заканчивают через 72 часа (через 24 часа после гибели последних эмбрионов). Погибшие эмбрионы вскрывают в день гибели. Результат специфичности гибели куриных эмбрионов подтверждают в реакции гемагглютинации (РГА). Для этого от каждого погибшего эмбриона отдельно стерильно собирают аллантоисную жидкость, которую проверяют на гемагглютинирующую активность и идентичность в РГА.

Контролями служат: вируссодержащие жидкости без обработки светом (Контроль 1); вируссодержащие жидкости с препаратом без обработки светом (Контроль 2); вируссодержащие жидкости без препарата, обработанные светом (Контроль 3); интактные куриные эмбрионы (Контроль 4).

Об инактивации вируса в инокуляте, используемом для заражения куриных эмбрионов, судят по полному падению инфекционности, т.е. потере способности вызывать гибель эмбрионов. Определяют дозу вируса, которая может быть инактивирована с помощью фотодинамической обработки при определенной концентрации катионного красителя.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами.

Пример 1

В вируссодержащие жидкости с различными дозами вируса вводят краситель профлавин ацетат в концентрации 1,0 или 2,0 мкг/мл и через 10 мин облучают белым светом (доза 15 Дж/см²). Результаты представлены в таблице 1. Наблюдают полное падение инфекционности (100% выживания куриных эмбрионов) при дозе вируса в обрабатываемой жидкости не более 10⁴ ЭЛД₅₀/мл. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 2

Аналогично при использовании 1,0 мкг/мл красителя метиленового голубого наблюдают полное падение инфекционности при дозе вируса не более 10⁶ ЭЛД₅₀/мл. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 3

Аналогично при использовании 2,0 мкг/мл метиленового и голубого наблюдают полное падение инфекционности при всех испытанных дозах вируса вплоть до 10⁷ ЭЛД₅₀/мл. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 4

Аналогично при использовании 1,0 или 2,0 мкг/мл Холосенса наблюдают полное падение инфекционности при всех испытанных дозах вируса вплоть до 10⁷ ЭЛД₅₀/мл. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 5

В вируссодержащие жидкости с различными дозами вируса вводят Холосенс в концентрации 0,25, 0,5 или 1,0 мкг/мл и через 10 мин облучают красным светом (доза 5,1 Дж/см²). Результаты представлены в таблице 2. Наблюдают полное падение инфекционности при дозах вируса в обрабатываемой жидкости 10⁴, 10⁵ или 10⁷ ЭЛД₅₀/мл. Результаты представлены в таблице 2.

Таким образом, введение в вируссодержащую среду доступных монокатионных красителей профлавина ацетата или метиленового голубого и последующее облучение в течение 5 мин с использованием источника белого света, создающего освещенность, сходную с естественным солнечным светом, обеспечивает 100% инактивацию вируса «птичьего гриппа» при определенных титрах. Профлавин ацетат в концентрации 1,0-2,0 мкг/мл может быть использован для фотоинактивации вируса «птичьего гриппа» при титрах не более 10⁴ ЭЛД₅₀/мл. В случае более высокой вирусной контаминации целесообразно применять метиленовый голубой в концентрации до 2,0 мкг/мл.

Использование предложенного способа с применением нового октакатионного красителя Холосенса позволяет надежно обеззараживать жидкости с высокими титрами вируса «птичьего гриппа». Обработка Холосенсом в концентрации 1,0-2,0 мкг/мл и облучение в течение 5 мин белым или красным светом обеспечивает 100% инактивацию вируса «птичьего гриппа» при всех испытанных титрах, включая 10⁷ ЭЛД₅₀/мл.

Противовирусная, а также антибактериальная и противогрибковая активности [Патент РФ №2282647, С09В 47/32, 2006 г.] Холосенса проявляются при сходных режимах фотодинамического воздействия, в связи с чем Холосенс целесообразно также использовать для фотообеззараживания в случае смешанных микробных контаминаций.

Напротив, при фотоинактивации с применением бактерицидного УФ излучения выявлена большая (3,4-кратная) устойчивость вирусов по сравнению с вегетирующими бактериями [Chang J., Ossoff S.F., Lobe D.C., Dorfman M.H., Dumais C.M., Qualls R.G., Johnson J.D. UV inactivation of pathogenic and indicator microorganisms. Applied and Enviromental Microbiology. 1985. P.P. 1361-1365], в результате чего для обеззараживания воды при смешанной контаминации необходимо применять повышенные дозы вредного УФ излучения.

Внедрение нового способа фотоинактивации вируса гриппа А птиц подтипа H5N1 может уменьшить все возрастающую распространенность вызываемых им заболеваний.

Предлагаемый способ включает применение низких концентраций фотосенсибилизаторов и безвредного белого или красного света, что обеспечивает его безопасность и экономические преимущества.

Таблица 1. Вирулицидная активность красителей катионного типа в отношении вируса гриппа А птиц подтипа H5N1 при облучении в течение 5 минут белым светом
Вещество	Концентрация	Доза вируса ЭЛД50/мл	% выживания КЭ	Титр в РГА
		102	100,0	0
103	100,0	0
	1,0 мкг/мл	104	100,0	0
	Пример 1	105	33,3	>1:16
		106	0	>1:16
Профлавин		107	0	>1:16
ацетат		102	100,0	0
	103	100,0	0
	2,0 мкг/мл	104	100,0	0
	Пример 1	105	50,0	>1:16
		106	0	>1:16
		107	0	>1:16
		102	100,0	0
103	100,0	0
	1,0 мкг/мл	104	100,0	0
	Пример 2	105	100,0	0
		106	100,0	0
Метиленовый		107	0	>1:16
голубой		102	100,0	0
	103	100,0	0
	2,0 мкг/мл	104	100,0	0
	Пример 3	105	100,0	0
		106	100,0	0
		107	100,0	0
		102	100,0	0
103	100,0	0
	1,0 мкг/мл	104	100,0	0
	Пример 4	105	100,0	0
		106	100,0	0
Холосенс		107	100,0	0
		102	100,0	0
	103	100,0	0
	2,0 мкг/мл	104	100,0	0
	Пример 4	105	100,0	0
		106	100,0	0
		107	100,0	0
Контроль 1	-	107	0	>1:16
Контроль 2	2,0 мкг/мл Профлавин ацетат	107	0	>1:16
Контроль 2	2,0 мкг/мл Метиленовый голубой	107	0	>1:16
Контроль 2	2,0 мкг/мл Холосенс	107	0	>1:16
Контроль 3	-	107	0	>1:16
Контроль 4	-	-	100,0	0

Таблица 2. Вирулицидная активность Холосенса в отношении вируса гриппа А птиц подтипа H5N1 при облучении в течение 5 мин красным светом (5,1 Дж/см2)
		Доза вируса	% выживания КЭ	Титр в РГА
		102	100,0	0
103	66,6	>1:16
	0,25 мкг/мл	104	0	>1:16
	Пример 5	105	0	>1:16
		106	0	>1:16
		107	0	>1:16
		102	100,0	0
	103	100,0	0
Холосенс	0,5 мкг/мл	104	66,6	>1:16
	Пример 5	105	33,3	>1:16
		106	0	>1:16
		107	0	>1:16
		102	100,0	0
	103	100,0	0
	1,0 мкг/мл	104	100,0	0
	Пример 5	105	100,0	0
		106	100,0	0
		107	100,0	0
Контроль 1	-	107	0	>1:16
Контроль 2	1,0 мкг/мл Холосенса	107	0	>1:16
Контроль 3	-	107	0	>1:16
Контроль 4	-	-	100,0	0

Способ фотоинактивации вируса гриппа А птиц подтипа H5N1, отличающийся тем, что в вируссодержащую среду вводят водорастворимые фотосенсибилизаторы катионного типа в концентрации 0,25-2 мкг/мл, затем облучают белым или красным светом в дозе 5-15 Дж/см² не менее 5 мин.