近日，吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院呂聰教授在高級(jí)氧化水消毒機(jī)制研究中取得重要進(jìn)展，系統(tǒng)闡明了不同結(jié)構(gòu)病毒對(duì)多種活性氧物種（ROS）的敏感性差異機(jī)制，揭示了病毒衣殼組成、基因組類型及包膜特性對(duì)滅活抗性的影響規(guī)律，為高效綠色光催化消毒技術(shù)的開發(fā)提供了理論依據(jù)。研究成果以“Heterogeneity in Susceptibility of Viruses with Different Structures to Various Reactive Oxygen Species: Kinetics and Biological Mechanisms”為題，發(fā)表在Eco-Environment & Health期刊上。
全球水資源安全形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，水傳播病原體引發(fā)的公共衛(wèi)生危機(jī)持續(xù)加劇，對(duì)人類健康構(gòu)成巨大威脅。高級(jí)氧化工藝（AOPs）因其具有綠色清潔、反應(yīng)速率快、無(wú)二次污染、氧化能力強(qiáng)、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)，在水消毒領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。目前，多數(shù)研究聚焦于高效催化劑開發(fā)與病毒滅活效能優(yōu)化，然而，關(guān)于不同結(jié)構(gòu)病毒對(duì)多種活性氧物種（ROS）的敏感性差異機(jī)制缺乏系統(tǒng)解析。因此，本研究探明了不同結(jié)構(gòu)病毒的光催化滅活效能差異，明確了其滅活動(dòng)力學(xué)及二級(jí)速率常數(shù)；揭示了不同結(jié)構(gòu)病毒對(duì)多種ROS敏感性差異的內(nèi)在生物學(xué)機(jī)制；評(píng)估了多種ROS滅活不同結(jié)構(gòu)病毒的抗環(huán)境干擾能力。本研究闡明了四種不同結(jié)構(gòu)病毒對(duì)多種活性氧物種的敏感性差異機(jī)制，為高級(jí)氧化工藝在水消毒領(lǐng)域的應(yīng)用提供重要理論依據(jù)。
研究選取四種典型結(jié)構(gòu)的噬菌體（MS2、phi6、phix174和T4）作為指示病毒，四種病毒在光催化體系中的滅活抗性依次為 T4 > phix174 > MS2 > phi6。結(jié)合病毒滅活動(dòng)力學(xué)，計(jì)算得出四種病毒被羥基自由基（·OH）、單線態(tài)氧（1O2）和超氧陰離子（·O2?）滅活的二級(jí)速率常數(shù)分別在109~1010、107~108和~105 M-1 s-1范圍。四種病毒對(duì)活性氧物種的敏感性呈現(xiàn)顯著差異，敏感性順序?yàn)椋?/span>φ6 > MS2 > φix174 > T4。病毒衣殼的組成、形態(tài)與穩(wěn)定性均影響其對(duì)ROS的敏感性，蛋白結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，抗性越強(qiáng)；RNA病毒較DNA病毒更易受損，單鏈基因組更脆弱，敏感性順序依次為 ssRNA > dsRNA > ssDNA > dsDNA。包膜病毒因脂質(zhì)富含不飽和脂肪酸，易發(fā)生ROS誘導(dǎo)的過(guò)氧化，故而更易失活。此外，不同ROS的氧化能力影響其對(duì)病毒組分的破壞效率。·OH主要攻擊基因組，可廣譜性破壞RNA與DNA病毒；·O2?可有效降解RNA病毒基因組，但對(duì)DNA病毒影響較弱；1O2對(duì)病毒蛋白的反應(yīng)性遠(yuǎn)高于基因組，能實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒蛋白的精準(zhǔn)高效破壞。此外，不同ROS在實(shí)際水體中滅活不同結(jié)構(gòu)病毒的抗環(huán)境干擾能力存在顯著差異（1O2 > ·O2- > ·OH），與·OH 和·O2-相比，1O2具有壽命長(zhǎng)、pH耐受性寬、抗環(huán)境介質(zhì)干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，更適合實(shí)際水環(huán)境中的病毒消毒。本研究通過(guò)探索病毒滅活的動(dòng)力學(xué)和生物學(xué)機(jī)制，深化了對(duì)于結(jié)構(gòu)不同的病毒對(duì)不同ROS敏感性差異機(jī)制的理解。
文章第一作者為吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院付紫涵碩士研究生，通訊作者為吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院呂聰教授。該研究得到吉林省科技廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. 20220101214JC）的資助。
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https://doi.org/10.1016/j.eehl.2025.100178
