冈林 环树宫崎大学工业动物防疫研究中心、宫崎大学农学部兽医学科兽医微生物学研究室 |  |
■导读
被认为由动物传播给人类的新冠病毒因出现突变等，至今仍没有平息的迹象。即使疫苗有望发挥效果，但在日常生活中依然需要采取防控措施。因此，我们着眼于医疗领域过去也一直用来杀菌的深紫外线，研究发现，通过与作为新光源普及的LED（Light-Emitting Diode）相结合，可以有效灭活包括突变病毒株在内的新冠病毒。本文将介绍通过宫崎大学的“医学-兽医学”及“大学-企业”合作跨领域的“同一健康（One Health）”项目诞生的新冠病毒研究成果。
■背景
新冠病毒的大流行清楚地表明，近年来的全球化对传染病的流行有着巨大影响。这让人们再次意识到，作为感染防控对策，对周围环境进行消毒和杀菌，以及限制人员和动物的流动非常重要。宫崎县在2000年和2010年遭遇过对牛和猪造成毁灭性打击的病毒性传染病口蹄疫。当时的经验表明，对看不见的病毒进行彻底消毒以及限制人和物的流动对尽早遏制传染病蔓延至关重要。
宫崎大学根据这些经验，把建立传染病防疫体制定位为最重要的课题，2011年10月，作为校内共同教育研究设施成立了工业动物防疫研究中心（Center for Animal Disease Control: CADIC）。作为传染病研究基地，宫崎大学强化了CADIC的功能，包括设置病原体高度隔离设施BSL3（生物安全等级为3级）。宫崎大学是日本唯一拥有以医学-兽医学的合作及融合体制为基础的医学兽医学综合研究科研究生院的大学，因此CADIC不仅针对工业动物的传染病，还致力于人兽共患传染病的教育和研究，并阐明了人和动物的致命病毒感染的原因—— 重度发热伴血小板减少综合征病毒等新的感染环链【1】。
另外，根据日机装公司与宫崎大学为建立“组织”对“组织”的联合研究推进体制而签订的联合研究全面合作协议（2016年11月签订），2019年11月在医学部开设了致力于医疗领域创新的“医疗环境创新讲座”。为解决医疗环境中的课题，目前正通过产学合作体制全面开展联合研究，并致力于研究成果的快速实用化。
2019年12月由中国报告的新冠病毒的大流行彻底改变了我们的生活方式。突然发生的疫情导致口罩、手套、防护服和消毒剂等物资被抢购一空。为应对这种异常事态，CADIC与兽医学科合作，于2020年3月引进了提取和诊断新冠病毒的系统，建立了研究体制。另外，医疗环境创新讲座着眼于对感染防控高度有效的紫外线，尤其是通过在短时间内提高紫外线的累积光量可实现强杀菌效果的深紫外线，推进了在医疗现场的应用。另外，日机装公司通过引进2014年获得诺贝尔物理学奖的蓝色LED技术，解决了紫外线的光输出随着波长变短而降低的课题。
宫崎大学认为，尽快确认这种深紫外LED对新冠病毒的灭活效果，作为应对新冠病毒防控法将其回馈给医疗机构、以及人们普通生活中是最重要的课题。因此，利用宫崎大学的医学-兽医学跨界合作项目“同一健康法（One Health Approach）”推进了联合研究。
■深紫外LED照射对新冠病毒的灭活效果
在深紫外LED照射对新冠病毒的灭活效果的试验中，测试了日本分离出来的常规型新冠病毒（SARS-CoV-2/Hu/DP/Kng/19-027、LC528233，来自神奈川卫生研究所）和突变病毒株病毒（英国型：hCoV-19/Japan/QHN001/2020 ［B.1.1.7］，南非型：hCoV-19/Japan/TY8-612/2021 ［B.1.351］，巴西型：hCoV-19/Japan/TY7-501/2020 ［P.1］，来自国立感染症研究所）。将各种病毒溶液调整为2.0 x 104噬菌斑形成单位（PFU）/ml，在塑料培养皿上滴下15μl。然后在输出功率为3.75mW/cm2、距离为2cm的条件下，用深紫外LED向滴下的病毒溶液分别照射1、10、20、30和60秒（突变病毒株病毒只照射了1秒和10秒）。之后用各种照射过的病毒溶液感染细胞，并测量感染72小时后的PFU/ml。通过将各种照射病毒溶液的PFU/ml与非照射组进行比较，计算了对病毒感染滴度的影响。病毒培养和噬菌斑形成试验利用VeroE6/TMPRSS2细胞。这些试验均在CADIC的BSL3实验室内实施的。
图1：深紫外LED照射对新冠病毒传染性的影响（出自参考文献2）
病毒使用SARS-CoV-2/Hu/DP/Kng/19-027（LC528233，神奈川卫生研究所提供）。
图1为深紫外LED 1秒照射组、60秒照射组和非照射组的噬菌斑形成状态和噬菌斑数量（图1是日本分离株的实验图像）。观察发现，表示病毒感染的白孔（＝噬菌斑数量）随着深紫外LED的照射时间延长而减少。表1为各种条件下的噬菌斑数量的减少率。用深紫外LED照射10秒，病毒传染性被削弱99.9％以上，即使只照射1秒也能削弱87.4-96.3％【2】。这些结果表明，深紫外LED照射不仅对新冠病毒常规型，还能在短时间内灭活突变病毒株病毒（英国型、南非型、巴西型）【3】。
表1：深紫外LED照射对新冠病毒常规型和突变病毒株的传染性的影响
■今后的方针与课题
通过在宫崎大学践行跨越“医学-兽医学”及“大学-企业”界限的同一健康理念，成功验证了深紫外LED照射对灭活如今已成为全球性问题的新冠病毒的有效性。在此前就用于传染病防控的紫外线中，此次着眼于可在短时间内发挥病原体灭活效果的深紫外线的特征，并结合小型长寿命等LED的特征，成功实现了深紫外线的实用化。另外，由于深紫外LED已对传染病防控表现出有效性，因此不仅是医疗领域，还有望在各个生活领域实现符合“新生活方式”的应用。
有观点指出，新冠病毒不仅通过飞沫传播和接触传播，还可能通过空气传播。无论传染疾病学上对传播途径如何定义，由于在密闭的房间或通风不良的情况下感染风险会升高，因此改善室内的空气流通被认为非常重要。照射深紫外LED的瞬时病毒灭活效果有望应用于这种空气循环系统。另外，紫外线照射被指出长时间照射会引起塑料劣化等问题，但短时间照射即可灭活病毒的深紫外LED照射还可用来降低接触感染的风险。
此次试验针对拥有由脂质双分子层构成的病毒包膜的新冠病毒，确认了照射深紫外LED的病毒灭活效果。病毒包膜在病毒感染细胞时与细胞的融合中发挥着重要作用，因此包膜是阻止病毒感染的重要靶点，酒精消毒剂和表面活性剂已确认对其有效。但这些消毒剂对没有包膜的病毒（比如诺如病毒）等无效。另外，细菌和真菌等具有与病毒不同的生物结构形态。虽然已确认消毒剂和抗菌剂对细菌和真菌感染有效，但消毒剂谱有限，而且耐药菌的出现已成为世界性课题。不仅是新冠病毒，我们还在验证深紫外LED照射对没有包膜的病毒、细菌和真菌等的灭活效果，目的是将其应用于更有效的传染病防控措施。
■结束语
通过此次的举措，我们针对已成为全球性课题的新冠病毒，全球率先证明了深紫外LED照射能有效预防感染。可以说，为了应对跨越人类-动物-环境的界限采取传染病防控对策的紧迫课题，这是CADIC和推进医学兽医学合作等跨领域教育研究的宫崎大学的“同一健康法”，以及日机装公司与宫崎大学全面推进联合研究的“产学合作体制”有机运作的结果。
（联合研究人员：宫崎大学医学部医疗环境创新讲座：藤元昭一特别教授、杉山博信特别助教、稻垣浩子助教，宫崎大学农学部兽医学科兽医微生物学讲座：齐藤晓副教授，宫崎大学工业动物防疫研究中心：兼子千穗助教）
参考文献
【1】：Yamanaka, A., Kirino, Y., Fujimoto, S., Ueda, N., Himeji, D., Miura, M., Sudaryatma, PE., Sato, Y., Tanaka, H., Mekata, H., Okabayashi T. 2020. Direct transmission of severe fever with thrombocytopenia syndrome virus from domestic cat to veterinary personnel. Emerg. Infect. Dis. 26(12): 2994-2998.
doi: 10.3201/eid2612.191513
【2】：Inagaki, H., Saito, A., Sugiyama, H., Okabayashi, T., Fujimoto, S. 2020. Rapid inactivation of SARS-CoV-2 with deep-UV LED irradiation. Emerg. Microbes. Infect. 9(1): 1744-1747.
doi: 10.1080/22221751.2020.1796529
【3】：Inagaki, H., Saito, A., Kaneko, C., Sugiyama, H., Okabayashi, T., Fujimoto, S. under review. Rapid inactivation of SARS-CoV-2 variants by continuous and intermittent irradiation with a deep-ultraviolet light-emitting diode (DUV-LED) device.
doi: 10.1101/2021.05.10.443422
文：冈林环树（宫崎大学工业动物防疫研究中心、宫崎大学农学部兽医学科兽医微生物学研究室）
原载自《产学官合作期刊》2021年9月号
翻译编辑：JST客观日本编辑部
