Эффективность in vitro инактивации бактерий Bacillus subtilis и Escherichia coli в стерилизаторах с использованием облучения в фиолетовой области

Инактивация бактерий может быть выполнена с использованием метода, называемого фотодинамической инактивацией, в основе которого лежит активация фотосенсибилизатора светом определенного спектра. Целью данного исследования является определение эффективности светодиодов с излучением в фиолетовой области спектра для фотоинактивации бактерий Bacillus subtilis и Escherichia coli, а также определение оптимальной плотности энергии воздействия. При облучении были использованы два изменяемых параметра. Первый параметр – это расстояние от источника облучения до облучаемой поверхности (3 см, 6 см, 9 см и 12 см). Второй параметр – время облучения (30, 60, 90 и 120 мин). Для подсчета количества колоний использовали метод общего подсчета чашек (Total Plate Count). При анализе данных использовали статистические тесты, а именно тест One Way Anova (дисперсионный анализ). Результаты этого исследования показали, что светодиодное излучение в фиолетовой области спектра с длиной волны 395 нм вызывало снижение log КОЕ/мл бактерий Bacillus subtilis и Escherichia coli. Воздействие на бактерии Bacillus subtilis показало более высокий процент смертности, чем для бактерий Escherichia coli. Лучшие результаты были получены при расстоянии до источника облучения 3 см, плотности энергии 524 Дж/см², и времени воздействия светодиода 120 мин. В этом режиме было инактивировано 98,5% бактерий Bacillus subtilis и 94,3% бактерий Escherichia coli.

1. Astuti S. D. et al. Antimicrobial photodynamic effects of polychromatic light activated by magnetic fields to bacterial viability, Journal of International Dental and Medical Research, 2017, vol. 10(1), pp. 111-117.

2. Rao L. et al. Investigating the inactivation mechanism of Bacillus subtilis spores by high pressure CO2, Frontiers in Microbiology, 2016, vol. 7, p. 1411.

3. Adji D. and Larashanty H. Comparison of the effectiveness of 70% alcohol, infrared, autoclave and ozone sterilization on the growth of Bacillus subtilis bacteria, Journal of Veterinary Science, 2007, vol. 25(1).

4. Astuti, S. D. et al. Photodynamic effectiveness of laser diode combined with ozone to reduce Staphylicoccus aureus biofilm with exogenous chlorophyll of Dracaena angustifolia leaves, Biomedical Photonics, 2019, vol. 8(2), pp. 4-13.

5. Ernie M.S. et al. An in vitro Anti-microbial Photodynamic Therapy (APDT) with Blue LEDs to activate chlorophylls of Alfalfa Medicago Sativa L on Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Journal of International Dental and Medical Research, 2016, vol. 9(2), pp. 118-125.

6. Hoenes K. et al. Microbial photoinactivation by visible light results in limited loss of membrane integrity, Antibiotics, 2021, vol. 10(3), p. 341.

7. Astuti S. D. at al. Effectiveness Photodynamic Inactivation with Wide Spectrum Range of Diode Laser to Staphylococcus aureus Bacteria with Endogenous Photosensitizer: An in vitro Study, Journal of International Dental and Medical Research, 2019, vol. 12(2), pp. 481-486.

8. Habermeyer B. et al. Bactericidal effciency of porphyrin systems, Journal of Porphyrins and Phthalocyanines, 2021, vol. 25(05n06), pp. 359-381.

9. Caires C. S. et al. Photoinactivation effect of eosin methylene blue and chlorophyllin sodium-copper against Staphylococcus aureus and Escherichia coli, Lasers in medical science, 2017, vol. 32(5), pp. 1081-1088.

10. Astuti, S. D. et al. The effectiveness of nano-doxycycline Activated by Diode Laser Exposure to Reduce S. aureus Biofilms: an in vitro Study, In Photonic Diagnosis and Treatment of Infections and Inflammatory Diseases II, 2019, vol. 10863, pp. 180-191.

11. Sunarko S. A. et al. antimicrobial effect of pleomeleangustifolia pheophytin A activation with diode laser to streptococcus mutans, In Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 853 (1), p. 012039. IOP Publishing.

12. Rozykulyyeva L. et al. Antibacterial activities of green synthesized silver nanoparticles from Punica granatum peel extract, In AIP Conference Proceedings, 2020, vol. 2314 (1), p. 060012. AIP Publishing LLC.

13. Dai Q. et al. Carrier recombination mechanisms and efficiency droop in GaInN/GaN light-emitting diodes, Applied Physics Letters, 2010, vol. 97(13), p. 133507.

14. Mardianto A. I. et al. Photodynamic Inactivation of Streptococcus mutan Bacteri with Photosensitizer Moringa oleifera Activated by Light Emitting Diode (LED), In Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1505(1), p. 012061. IOP Publishing.

15. Semyonov D.Yu., Vasil’ev Yu.L., Dydykin S.S., Stranadko E.F., Shubin V.K., Bogomazov Yu.K., Morokhotov V.A., Shcherbyuk A.N., Morozov S.V., Zakharov Yu.I. Antimicrobial and antimycotic photodynamic therapy (review of literature), Biomedical Photonics, 2021, vol. 10(1), pp. 25-31. doi: 10.24931/2413-9432-2021-10-1-25-31

16. Maclean M. et al. Sporicidal effects of high-intensity 405 nm visible light on endospore-forming bacteria, Photochemistry and photobiology, 2013, vol. 89(1), pp. 120-126.

17. Maclean M. et al. 405 nm light technology for the inactivation of pathogens and its potential role for environmental disinfection and infection control, Journal of Hospital Infection, 2014, vol. 88(1), pp. 1-11.

18. Endarko E. et al. High-intensity 405 nm light inactivation of Listeria monocytogenes, Photochemistry and photobiology, 2012, vol. 88(5), pp. 1280-1286.

19. Plaetzer, K. et al. Photophysics and photochemistry of photodynamic therapy: fundamental aspects, Lasers in medical science, 2009, vol. 24(2), pp. 259-268.

20. Kwiatkowski S. et al. Photodynamic therapy–mechanisms, photosensitizers and combinations, Biomedicine & pharmacotherapy, 2018, vol. 106, pp. 1098-1107.

21. Juzeniene A. and Moan J. The history of PDT in Norway: Part one: Identification of basic mechanisms of general PDT, Photodiagnosis and photodynamic therapy, 2007, vol. 4(1), pp. 3-11.

22. Wainwright M. et al. Photoantimicrobials are we afraid of the light? The Lancet Infectious Diseases, 2017, vol. 17(2), pp. e49-e55.

23. Mamone L et al. Photodynamic inactivation of Gram-positive bacteria employing natural resources, Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2014, vol. 133, pp. 80-89.

24. Sperandio F. et al. Antimicrobial photodynamic therapy to kill Gramnegative bacteria, Recent patents on anti-infective drug discovery, 2013, vol. 8(2), pp. 108-120.