Das Ersetzen der Standardbeleuchtung durch UV-LED-Leuchten könnte ein wirksames Instrument sein, um die Ausbreitung von COVID-19 zu stoppen, sagen Forscher der U of T Scarborough.
Dieselben Glühbirnen, die in Büros und öffentlichen Räumen verwendet werden, können laut einer neuen Studie der U of T Scarborough Coronaviren und HIV zerstören.
Die Forscher töteten beide Viren mit UV-LED-Licht, das zwischen weißem Licht und dekontaminierendem ultraviolettem (UV) Licht wechseln kann. Mit einer kostengünstigen Nachrüstung könnten sie auch in vielen Standardbeleuchtungskörpern verwendet werden, was ihnen eine „einzigartige Anziehungskraft“ für öffentliche Räume verleiht, sagt Christina Guzzo, leitende Autorin der Studie.
„Wir befinden uns in einer kritischen Zeit, in der wir jede erdenkliche Möglichkeit nutzen müssen, um aus dieser Pandemie herauszukommen“, sagt Guzzo, Assistenzprofessor am Fachbereich Biowissenschaften. „Jede leicht umsetzbare Minderungsstrategie sollte genutzt werden.“
UV-Licht tötet Viren durch Strahlung ab. Guzzo testete zusammen mit den Doktoranden Arvin T. Persaud und Jonathan Burnie die Lichter zuerst an Bakteriensporen, die für ihre Resistenz gegen diese Strahlung bekannt sind (bekannt als Bacillus pumilus Sporen).
„Wenn Sie in der Lage sind, diese Sporen abzutöten, dann können Sie vernünftigerweise sagen, dass Sie in der Lage sein sollten, die meisten anderen Viren abzutöten, denen Sie normalerweise in der Umwelt begegnen würden“, sagt Guzzo, Hauptforscher am Guzzo-Labor.
Innerhalb von 20 Sekunden UV-Bestrahlung ging das Wachstum der Sporen um 99 Prozent zurück.
Christina Guzzo führte ihre Forschung im Guzzo Lab durch, einem Labor für virale Immunologie an der U of T Scarborough, das sich teilweise auf HIV konzentriert. Bildnachweis: Ken Jones
Die Forscher stellten dann Tröpfchen her, die Coronaviren oder HIV enthielten, um die typische Art und Weise nachzuahmen, wie Menschen Viren in der Öffentlichkeit begegnen, z. B. durch Husten, Niesen und Bluten. Die Tröpfchen wurden dann UV-Licht ausgesetzt und in eine Kultur gegeben, um zu sehen, ob irgendein Teil des Virus aktiv blieb. Nach nur 30 Sekunden Expositionszeit sank die Infektionsfähigkeit des Virus um 93 Prozent.
Beim Testen der Viren in verschiedenen Konzentrationen stellten sie fest, dass Proben mit mehr Viruspartikeln widerstandsfähiger gegen UV-Licht waren. Aber selbst bei einer so hohen Viruslast, die Guzzo als „das Worst-Case-Szenario“ bezeichnet, sank die Infektiosität um 88 Prozent.
Obwohl es nicht in die Studie aufgenommen wurde, verglichen Guzzo und ihre Studenten UV-Licht mit zwei Hochleistungsdesinfektionsmitteln, die in der Laborforschung verwendet wurden. Sie fanden heraus, dass die Lichter in ihrer Fähigkeit, Viren zu deaktivieren, ähnlich effektiv waren.
„Ich war wirklich überrascht, dass UV auf dem gleichen Niveau wie die üblicherweise verwendeten Laborchemikalien, die wir als Goldstandard betrachten, leisten kann“, sagt sie. „Das ließ mich denken: ‚Oh mein Gott, das ist ein legitimes Tool, das wirklich zu wenig genutzt wird.’“
Balancieren Sie die Vor- und Nachteile von UV durch cleveren Einsatz, sagen Forscher
Während die Lichter immer noch einen kleinen Prozentsatz des Virus lebensfähig ließen, verweist Guzzo auf das „Schweizer Käsemodell“ der Verteidigung gegen COVID. Jede Strategie zur Bekämpfung der Ausbreitung hat ihre Löcher, aber jede Schicht ist eine weitere Chance, umherstreunende Viruspartikel zu stoppen.
Wiederholtes Aussetzen an UV-Licht ist der Schlüssel zum Einfangen dieser übersehenen Partikel – glücklicherweise ist es so einfach wie das Umlegen eines Schalters. Es ist auch einfacher, eine Glühbirne auszutauschen als ein Luftfiltersystem. Guzzo merkt an, dass UV-LEDs billig sind und leicht in bestehende Leuchten nachgerüstet werden könnten, und dass die Glühbirnen langlebig und einfach zu warten sind.
„Man könnte auf eine Weise desinfizieren, die die Freude der Menschen an dem alltäglichen ‚normalen’ Leben, nach dem sie sich sehnen, nicht beeinträchtigt“, sagt Guzzo.
Auch die Leuchten profitieren von der Automatisierung. Es kann jedes Mal eine standardisierte, keimtötende Lichtdosis abgegeben werden, während das Abwischen von Räumen mit Desinfektionsmitteln Raum für menschliches Versagen lässt. Chemikalien und Abfälle dieser Desinfektionsmittel landen auch in Wassereinzugsgebieten und Mülldeponien, wenn Hände gewaschen und Tücher weggeworfen werden.
Aber das Licht ist nicht harmlos, und es gibt einen Grund, Sonnencreme und Sonnenbrille zu tragen – UV-Strahlung schädigt Nukleinzellen[{” attribute=””>acid, and repeated, prolonged exposure is harmful. That’s why Guzzo says the lights should be used when public spaces are empty, such as vacated buses that have finished their routes, or empty elevators traveling between floors. Escalator handrails could be continuously disinfected by putting UV lights in the underground part of the track, cleaning it with each rotation.
Safe Antivirus Technologies, Inc., a Toronto-based start-up company that partnered with Guzzo for the study, is developing unique UV-LED lighting modules. With motion sensors, the lights automatically switch to UV light when a room is empty, then turn back to regular light with movement.
Funded by the Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC) Alliance COVID-19 Grant and published in the Virology Journal, this study highlights UV-LEDs as a tool that could be used beyond the pandemic, ideally to help prevent another.
“Worldwide events like the COVID-19 pandemic, as terrible as they are, hopefully can still be learned from,” Guzzo says. “One thing we learned is that this is an underutilized tool we should think more about implementing.”
Reference: “A UV-LED module that is highly effective at inactivating human coronaviruses and HIV-1” by Arvin T. Persaud, Jonathan Burnie, Laxshaginee Thaya, Liann DSouza, Steven Martin and Christina Guzzo, 10 February 2022, Virology Journal.
DOI: 10.1186/s12985-022-01754-w
Funding: Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC) Alliance COVID-19 Grant awarded to C.G. as the principal investigator and in collaboration with Safe Antiviral Technologies Inc.