UV-C光照射によるゲノム損傷後の大腸菌死亡率の簡易モデル化

Simplified modeling of E. coli mortality after genome damage induced by UV-C light exposure.

• Jaime Sánchez-Navarrete
• Nancy Jannet Ruiz-Pérez
• Armando Guerra-Trejo
• Julia Dolores Toscano-Garibay

抄録

紫外線は、電磁スペクトルの高エネルギー波の一群である。紫外線には3つのタイプがあります。UV-A、-B、-Cです。UV-C光は最もエネルギーが高いが、そのほとんどはオゾン層によって保持される。UV-Aと-Bは地表に到達し、生物にダメージを与え、突然変異原性の物理的なエージェントとして考えられています。紫外線突然変異原性の研究には、特殊なランプ、細胞培養、数学的モデリングなど、数多くの試験モデルが使用されています。水銀ランプは、核酸の最大吸収ピークに近い位置で発光するため、安価で有用なUV-C光の供給源である。大腸菌の培養物は、ヒトとほぼ同様のDNA損傷・修復機構を持っているため、広く利用されています。ここでは、基本的な量子力学的概念を用い、光を不連続な分布を持つ粒子として考慮し、ゲノムマトリックス上でのUV-C光の入射を記述する2つの単純なモデルを提示する。我々の方程式の精度をテストするために、いくつかの大腸菌株の定常相培養を30秒間隔でUV-C光に曝露した。生存CFUを計数し、生存/死亡曲線を作成した。これらのグラフは、回帰予測に対して高い適合度で調整された。結果はまた、量子収量、比速度、死亡時間の3つの主要パラメータを用いて分析された。

UV light is a group of high-energy waves from the electromagnetic spectrum. There are three types of UV radiations: UV-A, -B and -C. UV-C light are the highest in energy, but most are retained by the ozone layer. UV-A and -B reach the earth's surface and cause damage on living organisms, being considered as mutagenic physical agents. Numerous test models are used to study UV mutagenicity; some include special lamps, cell cultures and mathematical modeling. Mercury lamps are affordable and useful sources of UV-C light due to their emission at near the maximum absorption peak of nucleic acids. E. coli cultures are widely used because they have DNA-damage and -repairing mechanisms fairly similar to humans. In here we present two simple models that describe UV-C light incidence on a genome matrix, using fundamental quantum-mechanical concepts and considering light as a particle with a discontinuous distribution. To test the accuracy of our equations, stationary phase cultures of several E. coli strains were exposed to UV-C light in 30 s-intervals. Surviving CFUs were counted and survival/mortality curves were constructed. These graphs adjusted with high goodness of fit to the regression predictions. Results were also analyzed using three main parameters: quantum yield, specific speed and time of mortality.