ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ВИРУСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕТЕРОГЕННОГО СЕНСИБИЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ ПОЛИКАТИОННОГО ФТАЛОЦИАНИНА АЛЮМИНИЯ

ответствовала требованиям СанПиН 2.1.4.2496—09 и в подавляющем большинстве проб (95 из 98) была на 5—22°С ниже допустимой нормативной величины. При этом более 30% проб имели температуру, близкую к оптимальной (32—45°С) для размножения в сетях горячего водоснабжения L. pneumophila — возбудителя легионел-лезной пневмонии, хотя только поддержание температуры горячей воды в точках водоразбора не менее 60°С (как это предписывают требования СанПиН) гарантирует предотвращение случаев легионеллеза [5].

Практически постоянное несоответствие нормативному уровню температуры горячей воды в кране в выбранной для наблюдения точке является весьма настораживающим, поскольку свидетельствует о существовании реальных условий, благоприятствующих возможности появления случаев заболеваний легио-неллезной пневмонией у городского населения.

Выводы. I. Население Москвы весьма интенсивно по разнообразным сценариям использует в быту горячую воду централизованных систем водоснабжения (по данным анкетирования). Расход горячей воды на одного человека в сутки может в 1,1—2 раза превышать расход холодной воды, при этом общее водопотребле-ние может оставаться в 1,3—3 раза ниже нормативного уровня Москвы.

2. Длительные измерения температуры воды в кране в стационарной точке свидетельствуют о несоблюдении предъявляемых к ней гигиенических требований: 95 из 98 проб горячей воды имели температуру на 5—22°С ниже нормативного уровня (60°С), предписанного требованиями СанПиН 2.1.4.2496—09.

3. Снижение температуры горячей воды в системах централизованного горячего водоснабжения создает условия для размножения L. pneumophila и не гаран-

тирует безопасности горячего водопользования населения в отношении возможности развития легионеллез-ной пневмонии.

Литература

1. Егорова Н. А., Букш\'к А. А., Красовский Г. Н. II Гнг. и сан. — 2009, —№2,—С. 91—94.

2. Постановление Правительства Москвы № 566 от 28.07.1998 г. "О мерах по стимулированию энерго- и водосбережсния в г. Москве". http://www.moskv.ru/laws/fulltext(show/id/4389/.

3. Правительство Москвы. Постановление от 10 февраля 2004 г. № 77-ПП "О мерах по улучшению системы учета водопотрсблсния и совершенствованию расчетов за холодную, горячую воду и тепловую энергию в жилых зданиях и объектах социальной сферы города Москвы" (с изм. и доп., сопл, постановлений Правительства Москвы от 25.05.2004 № 329-ПП, от 28.08.2007 № 750-ПП) http://www.portalzakona.ru/ zakonoprockti/vtoroe22596chtenie.html.

4. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). Toxicological profile for chlorine (Draft for PublicComment). — Atlanta, 2007.

5. EPA Legionella: Drinking water health advisory (2001). EPA/Office of science and technology/ Office of water. — Washington, 2001. http://www.cpa.gov/waterscience/criteria/humanhealth/ microbial/legionellaha.pdf.

6. EPA Legionella: Human health criteria document /Office of science and technology/Office of water. — Washington, 1999. http://xnet.rrc.mb.ca/rcharncy/legionella.pdf.

7. Guidelines for drinking-water quality. Vol. 1: Recommendations. — Geneva, 2004.

8. HattersleyJ. G. Hi. Orthomol. Med. — 2000. — Vol 15,№2,— P. 89—95.

9. Kelsall H. L„ Sim M. R. II Int. J. Environ. Hlth Res. — 2001. — Vol. 11, № I. — P. 29—40.

Поступила 21.02.11

О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2011 УДК

А. Е. Недачин', Н. А. Кузнецова2, Р. А. Дмитриева', Т. В Доскина', О. А. Южаковсг, О. Л. Калия2, Т. Н. Максимкина'

ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ВИРУСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕТЕРОГЕННОГО СЕНСИБИЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ ПОЛИКАТИОННОГО ФТАЛОЦИАНИНА АЛЮМИНИЯ

'ФГБУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина Минздравсоцразвития России; 2НИИ органических полупродуктов и красителей (ФГУП ГНЦ НИОПИК), Москва

Предложен новый гетерогенный фотосенсибилизатор, содержащий в качестве активной фазы привитый к аминопропилированному силикагелю тетракис[6ис(холинил)фенилтио)]фталоцианин алюминия. На модели вируса полиомиелита / типа LSc2ab и РНК-содержащего фага MS-2 показано, что сенсибилизатор оказывает фотообеззараживающее действие на вирусы и может быть использован для очистки воды от вирусного загрязнения. Механизм удаления вирусов из воды является двухстадийным и включает сорбцию вирусов на частицах гетерогенного сенсибилизатора и фотодинамическую инактивацию сорбированного вируса.

Ключевые слова: вирусы, фаги, гетерогенный сенсибилизатор, фталоцианин, фотоинактивация, адсорбция

А. Е. Nedachin, N. A. Kuznetsova, R. A. Dmitriyeva, Т. V. Doskina, О. A. Yuzhakova, О. L. Kalia, Т. N. Maksimkina — VIRUS WATER TREATMENT WITH A HETEROGENEOUS SENSITIZER BASED ON ALUMINUM PHTH ALOCVANIN E POLYCATION

The authors propose a new heterogeneous photo sensitizer containing aluminum tetrakis [bis(cholinyl)phenylthio)] phthalocyanine grafted onto silica as an active phase. A poliovirus type 1 LSc2ab and RNA-containing phage MS2 model was used to show that the sensitizer had photo decontaminating activity against viruses and may be used to purify water from viral contamination. The mechanism for removal of viruses from water is two-step and involves the adsorption of the virus on the heterogeneous sensitizer particles and the photodynamic inactivation of the adsorbed virus.

Key words: viruses, phages, heterogeneous sensitizer, phthalocyanine, photoinactivation, adsorption

¡гиена и санитария 6/2011

Сброс в водоемы недостаточно очищенных и обеззараженных сточных вод привел к повсеместному увеличению химического и микробного загрязнения поверхностных и подземных водоисточников. Особую опасность представляет вирусное загрязнение воды, поскольку способы очистки воды недостаточно эффективны в отношении вирусных агентов, а заражающие дозы чрезвычайно малы — единицы и десятки вири-онов. В настоящее время известно более 150 видов патогенных для человека вирусов, циркулирующих в водоемах. В последние годы на разных территориях нашей страны отмечено увеличение количества вспышек вирусных инфекций (вирусного гепатита А, энтерови-русного серозного менингита, ротавирусных инфекций и др.), причиной которых была инфицированная вода.

Используемые на сегодняшний день методы обеззараживания не всегда гарантируют эпидемическую безопасность обрабатываемой воды в отношении вирусного загрязнения.

В связи с изложенным выше, одной из важнейших проблем является поиск и внедрение новых эффективных и безопасных технологических решений для очистки и обеззараживания воды и биологических жидкостей от вирусного загрязнения.

Перспективным методом обеззараживания воды является использование фотодинамического эффекта различных сенсибилизаторов. В основе механизма этого эффекта лежит процесс активации молекулярного кислорода с помощью фотосенсибилизированных красителей, что приводит к образованию цитотоксическо-го синглетного кислорода и свободных радикалов [4]. Несмотря на высокую эффективность, фотодинами-ческий метод обеззараживания воды и биологических жидкостей имеет существенный недостаток, который заключается в необходимости последующего удаления сенсибилизатора и продуктов его фотодеструкции из раствора. В связи с этим более перспективным является использование гетерогенных сенсибилизаторов, которые могут быть легко отделены от водной среды фильтрованием. Получены и исследованы различные типы гетерогенных сенсибилизаторов, однако известно лишь несколько работ, в которых изучалась их фотобактерицидная активность, а исследования по фотоинактивации гетерогенными сенсибилизаторами вирусов вообще практически отсутствуют. Представляет интерес работа, в которой для фотодинамической инактивации вирусов в биологических жидкостях использовали суспензию фуллерена [1]. Эффективность генерации активных форм кислорода суспензией фуллерена низка из-за агрегации сенсибилизатора, однако фуллерен в виде водной суспензии, либо нанесенный на подложку, все же сохраняет способность инактиви-ровать вирус гриппа A/PR/8/34 (H1N1) при облучении.

Недачин А. Е. — канд. мед. наук., зав. лаб. микробиологии и паразитологии (microblab@list.ru), Кузнецова Н. А. — д-р хим. наук, вед. науч. сотр. отд. функциональных красителей (1аЬ32@ niopik.ru); Дмитриева Р. А. — канд. биол. наук., вед. науч. сотр. лаб. микробиологии и паразитологии; Доскина Т. В. — канд. мед. наук., ст. науч. сотр. лаб. микробиологии и паразитологии (microblab@list.ru); Южакова О. А. — канд. хим. наук, ст. науч. сотр. отд. функциональных красителей; Калия О. Л. — д-р хим. наук, проф., зав. лаб. отд. функциональных красителей (¡егпк@ rol.ru); Максимкина Т. Н. — мл. науч. сотр. лаб. микробиологии и паразитологии (microblab@list.ru).

Целью настоящего исследования являлось изучение возможности инактивации вирусов в воде с использованием нового гетерогенного препарата Диасорб/ Al(SPh)4Chol7, созданного на основе аминопропилиро-ванного силикагеля с химически привитым к нему сенсибилизатором синглетного кислорода — тетракис-[бис(холинил)фенилтио]фталоцианином алюминия.

Материалы и методы

Синтез гетерогенного сенсибилизатора Диасорб/ Al(SPh) Chol,. Тетратиофенилфталоцианин алюминия AlPc(SPh)4 получали по методике [2], его хлорметили-рование до AIPc(SPhClm)4 проводили в соответствии с [6]. Затем к 5 • 10"* моль AlPc(SPhClm,)4 добавляли 20 мл диметилформамида и после растворения красителя 1 г аминопропилированного силикагеля Диасорб-100-амин, предварительно промытого водой и высушенного при 100—105°С. Смесь перемешивали при нагревании и температуре 80—85°С в течение 1—2 ч до обесцвечивания раствора. Затем в смесь добавляли 5  103 моль М,М-диметиламиноэтанола и продолжали нагревать в течение 1 ч. Продукт отфильтровывали, промывали водой, затем сушили при 100—105°С.

Экспериментальные исследования проводили с ат-тенуированным штаммом вируса полиомиелита 1 типа LSc2ab и с РНК-содержащим фагом MS-2 на модельных водоемах, приготовленных с использованием фильтрованной автоклавированной водопроводной воды, в которую вносили гетерогенный сенсибилизатор в концентрации 4 г/л и вирусы в концентрациях п • 10* ТЦД^. Облучение проводили полным светом галогенной лампы Osram мощностью 500 Вт, расположенной на расстоянии 20 см от образца. Суспендирование гетерогенного сенсибилизатора во время облучения осуществляли, барбо-тируя воздух. При проведении исследований с вирусом полиомиелита после интенсивного перемешивания одну часть водоемов подвергали облучению в течение 30, 60, 90 и 120 мин, а другую оставляли в темноте на контакт с гетерогенным сенсибилизатором на это же время. Температура воды при облучении проб составляла 20—24°С. В связи с тем что сенсибилизатор быстро оседает, исследованию подвергали следующие фракции.

Суспензия воды экспериментального водоема с сенсибилизатором. Пробы воды в объеме 10 мл отбирали сразу после интенсивного встряхивания. Затем корректировали pH пробы до 9,0—9,1 при помощи 0,1 N раствора NaOH (для осуществления десорбции вирионов с частиц гетерогенного сенсибилизатора, попавших в пробу). Пробу тщательно встряхивали и через 5 мин (после осаждения сенсибилизатора) собирали надоса-дочную жидкость и корректировали pH пробы до 7,0— 7,2 при помощи 0,1 N раствора HCl.

Надосадочная жидкость в объеме 10 мл. Эту фракцию отбирали после отстаивания пробы в течение 5 мин.

Осадок. Из этих же водоемов после отбора надоса-дочной жидкости и удаления ее остатков проводили десорбцию полиовируса с осадка гетерогенного сенсибилизатора при помощи 10 мл 3% раствора бифэкстракта pH 9,1. Осадок с десорбентом тщательно встряхивали и отстаивали в течение 5 мин для осаждения сенсибилизатора. Затем надосадочную жидкость собирали, проводили корректировку pH до 7,0.

Все пробы подвергали антибактериальной обработке и заражали монослой клеточной культуры BGM. Обнаружение вирусов проводили по контролю цитопа-

тического действия на культуре в течение 2 нед. Подтверждение положительных и отрицательных проб определяли в последующих пассажах, расчет титра вируса в пробе проводили по методу Рида и Менча, титр вирусов выражали в log ТЦД50л1 [5].

Результаты и обсуждение

Для ковалентной прививки к аминопропилирован-ному силикагелю использовали тетракис[бис(холинил) фенилтио]фталоцианин алюминия (рис. 1) благодаря его способности эффективно генерировать синглетный кислород в растворах и поглощать свет в спектральной области, соответствующей максимальной интенсивности солнечного излучения (от 600 до 800 нм) [3].

Кроме того, тиофенильные заместители в положении 3 из-за пространственных затруднений находятся вне плоскости фталоцианинового макрокольца, препятствуют сближению молекул и образованию неактивных в генерации синглетного кислорода л-л-димеров и агрегатов, что может положительно сказаться на противоми-кробной активности полученных гетерогенных систем. Алюминиевые комплексы отличаются высокой фотостабильностью, что позволяет многократно использовать созданные на их основе гетерогенные сенсибилизаторы. Значительный положительный заряд молекулы фталоцианина должен обеспечить хорошую адсорбцию отрицательно заряженных вирусов на силикагеле и их инактивацию под действием генерируемых сенсибилизатором при облучении активных форм кислорода.

На первом этапе проводили оценку фотообеззараживающего действия гетерогенного сенсибилизатора на полиовирус по результатам, полученным при исследовании суспензии после облучения и барботирования (рис. 2).

II III III Mill""".............. "

Si02

Рис. 1. Структура гетерогенного фотосенсибилизатора Диасорб/ Al(SPh)4Chol7.

Как видно на рис. 2, через 30 мин после облучения и барботирования наблюдалось снижение концентрации полиовируса почти на 2 порядка от исходного уровня, что соответствует его инактивации на 98,73%. Увеличение времени облучения до 60, 90 и 120 мин приводило к снижению содержания вирусов до десятков и единиц вирионов, и процент их удаления составлял соответственно 99,62,99,97 и 99,996, что свидетельствует о высокой эффективности этого метода.

Таким образом, снижение концентрации вирусов находится в прямой зависимости от длительности облучения воды. Минимальное время облучения, необходимое для 100% инактивации (при исходной концентрации вирусов 104 ЦПД50/мл), составляет 120 мин.

При изучении механизма удаления вирусов из воды исследования проводили параллельно как при облучении водоемов, так и без него. Наблюдаемая динамика изменения концентрации полиовируса в надосадочной жидкости и в осадке в присутствии сенсибилизатора представлена в табл.1.

Концентрация полиовируса в надосадочной жидкости через 30,60 и 90 мин контакта с частицами гетерогенного сенсибилизатора без облучения составляет единицы вирионов в 1 мл, что соответствует 0,55,0,84

Таблица 1

Динамика изменения концентрации иолиовирусов в надосадочной жидкости и в осадке в присутствии гетерогенного сенсибилизатора без освечивания и при освечиванин

Концентрация полиовируса во фракциях, log ТЦД»Ш

Проба Время без освечивания при освечивании

контакта, мин надо-садочная жидкость осадок- надо-садочная жидкость осадок-

десор-бент рН 9,1 десор-бент рН 9,1

Исходная 0 4,47

После 30 0,55 3, 84 0,42 2,0

контакта с сенсиби- 60 0,84 3,55 0,22 1.2

лизатором 90 0,84 3,47 0 0,64

120 — _ 0 0

£

га

Я 01 VO О

л ь

X

а

s

СО

120-1

100-

—I— 60

-Г" 90

-1 120

Время освечивания, мин

-ф Динамика...

Рис. 2. Динамика фотообеззараживания воды в отношении вируса полиомиелита Ь5с2аЬ в присутствии 1-стсрогенного сенсибилизатора Диасорб/А1(8РЬ)4Ою1г

[гиена и санитария 6/2011

и 0,84 log ТЦ Д50; . По-видимому, это обусловлено быстрой адсорбцйеи вирусов на частицах гетерогенного сенсибилизатора и их выпадением в осадок. В то же время в десорбенте рН 9,1 концентрация вирусов через эти же промежутки времени примерно одна и та же и составляет более тысячи вирионов в 1 мл (3,84, 3,55 и 3,47 log ТЦД50/ш1), что свидетельствует о высокой сорбционной способности гетерогенного сенсибилизатора в отношении отрицательно заряженных вирионов.

При изучении влияния облучения и барбогирова-ния на снижение содержания вирусов в водоемах (см. табл. 1) было установлено, что с увеличением времени облучения концентрация вирусов в пробах воды, как в надосадочной жидкости, так и в осадке, снижается. Через 30 мин облучения концентрация вирусов в осадке снижается более чем на 2 порядка, а через 60 и 90 мин — до сотен и единиц вирионов соответственно. Облучение водоема в течение 120 мин приводило к 100% инактивации полиовируса в обеих фракциях.

Таким образом, проведенные исследования показали, что при использовании гетерогенного сенсибилизатора удаление вирусов из воды связано с их адсорбцией на частицах этого сенсибилизатора и с фотоинактивацией адсорбированных вирионов.

Аналогичные исследования были проведены с использованием фагов MS-2. Результаты показали, что в водоемах с гетерогенным сенсибилизатором без облучения концентрация фагов оставалась на прежнем уровне, что свидетельствует об отсутствии инактиви-рующего действия в отношении фагов (табл. 2).

Как видно из табл. 2, после облучения водоема в течение 30 мин наблюдалось снижение их концентрации фагов на 3 порядка в надосадочной жидкости (инактивация на 99,86—99,6%), в то время как в осадке уровень фагов был на порядок выше и составлял 600 БОЕ/мл. Таким образом, снижение концентрации фага в надосадочной жидкости не только связано с фотообеззараживающим эффектом, но и происходит за счет сорбции на поверхности частиц гетерогенного сенсибилизатора. При увеличении времени облучения до 60 мин концентрация фагов в надосадочной жидкости снижалась до единичных бляшкообразующих единиц в 1 мл и процент фотоинактивации достигал 99,98—100. В осадке концентрация фагов была выше и составляла 150—200 БОЕ/мл (инактивация на 99,25—99%). Полученные данные свидетельствуют о том, что при увели-

Та бл и ца 2

Влияние гетерогенного сенсибилизатора на изменение копнем трации коли-фага MS-2 в воле в процессе облучения

Время Налосадочная жидкость Осадок

облучения. фаг, % инакти- фаг. % инакти-

мин БОЕ/мл вации БОЕ/мл вации

30 28 99,86 600 97

80 99,6 600 97

60 0 100 150 99,25

4 99,98 200 99,0

90 0 100 1 99,99

0 100 2 99,99

Контроль 20 000

чении времени облучения до 60 мин снижение концентрации фагов в воде, очевидно, происходит в большей степени за счет сорбции на частицах сенсибилизатора и их осаждения. При увеличении времени облучения до 90 мин в надосадочной жидкости фаги не определялись, из осадка выделялись единичные фаги и уровень инактивации составлял 99,99% (см. табл. 2).

Полученные данные показали, что при использовании гетерогенного сенсибилизатора необходимо учитывать рН очищаемой воды. Так, в условиях щелочных значений рН наблюдается выраженная десорбция вирусов, а в условиях нейтральных значений рН десорбция вирусов незначительна или отсутствует. Сорбция вирусов на частицах сенсибилизатора при нейтральных значениях рН повышает эффективность очистки, но не может предотвратить опасность вторичного поступления вирусов в воду в условиях щелочных значений рН.

Неменьший интерес представляет возможность многократного использования Диасорб/А1(8Р11)4СЬо17 для очистки воды, так как он нерастворим, хорошо адсорбирует вирусы с отрицательным зарядом и быстро осаждается. Сбор осажденных частиц и проведение простых, специальных методов очистки и обеззараживания сенсибилизатора представляют определенные перспективы для его повторного использования.

Выводы. 1. Установлено, что гетерогенный сенсибилизатор Диасорб/А1(8РЬ)4СЬо17, содержащий в качестве активной фазы ковалентно привитый к амино-пропилированному силикагелю тетракис[бис(холинил) фенилтио)]фталоцианин алюминия, оказывает фотообеззараживающее действие на вирусы и фаги и может быть использован для очистки воды от вирусного загрязнения.

2. Показано, что фотообеззараживающее действие гетерогенного сенсибилизатора на вирусы находится в прямой зависимости от времени облучения водоема. Минимальное время, необходимое для удаления вирусов из воды, составляет 120 мин.

3. Установлено, что механизм удаления вирусов и фагов из воды является двухстадийным и включает сорбцию вирусов на частицах гетерогенного сенсибилизатора и фотодинамическую инактивацию сорбированного вируса.

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Москвы и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № !0-03-00444).

Литература

1. Белоусова И. М., Данилов О. Б., Муравьева Т.Д.» др. // Опти-чсск. журн. — 2009. — Т. 76, № 4. — С. 97—107.

2. Деркачева В. М., Лукьянец Е. А. // Журн. общей химии. — 1980, —Т. 50, № 10, — С. 2313—2318.

3. Южакова О. А., Кузнецова Н. А., Макаров Д. А. и др. Заявка на пат. № 2010144873 от 03.11.2010 г. Сенсибилизатор и способ фотообеззараживания воды.

4. Кузнецова Н. А., Калия О. Л. II Журн. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева. — 1998. — Т. 42, № 5. — С. 36-^9.

5. Методические рекомендации по санитарно-вирусолошческому контролю объектов окружающей среды. — М., 1982. — С. 74.

6. Южакова О. А., Кузнецова Н. А.. Негримовский В. М., Лукьянец Е. А. Пат. № 2 405785 от 10.13.2010, РФ. Способ хлорме-тилирования фталоцианинов. Бюллетень "Изобретение". — 2010. —№34.

Поступила 20.07.11