ここでは、フラビンモノヌクレオチド(FMN)の光分解時に生成される活性酸素種を低強度の青色および紫色光照射下で不活化する病原菌を不活化するプロトコルを提示する。FMN光分解は、衛生プロセスのための簡単で安全な方法であることが実証されています。
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ここでは、フラビンモノヌクレオチド(FMN)の光分解時に生成される活性酸素種を低強度の青色および紫色光照射下で不活化する病原菌を不活化するプロトコルを提示する。FMN光分解は、衛生プロセスのための簡単で安全な方法であることが実証されています。
リボフラビン-5'-リン酸(またはフラビンモノヌクレオチド;FMN)は可視光に敏感です。活性酸素種(ROS)を含む様々な化合物は、可視光の照射によるFMN光分解から生成することができる。FMN光分解から発生するROSは、黄色ブドウ球菌(黄色ブドウ球菌)などの病原菌を含む微生物に有害です。本稿では、例として、可視光照射下でFMNが関与する光化学反応を介して黄色ブドウ球菌を不活性化するためのプロトコルを紹介します。FMN光分解中に生成されたスーパーオキシドラジカルアニオン()は、ニトロブルーテトラゾリウム(
NBT)還元を介して評価されます。反応性
種に起因する黄色ブドウ球菌の微生物生存率を使用して、プロセスの有効性を決定しました。細菌の不活化率はFMN濃度に比例します。紫色光は青色光照射よりも黄色ブドウ球菌の不活性化に効率的ですが、赤色または緑色の光はFMN光分解を促進しません。本稿では、衛生プロセスのための簡単で安全な方法としてのFMN光分解を示しています。
リボフラビン-5′-リン酸(FMN)は、リビチル側鎖のリボフラビン5'位でのリン酸化によって形成され、エネルギーを生成するための多数の細胞プロセスのためにすべてのフラボタンパク質によって必要とされます。また、人体のいくつかの機能のためのビタミンの役割を果たします1。FMNは、リボフラビン2よりも約200倍水に溶けやすい。
細菌の抗菌光力学的不活性化(aPDI)は、細菌耐性の様式に依存しないため、細菌3,4に対する耐性を制御するための効率的な方法です。臨床的には、aPDIは、多耐性菌による院内皮膚の感染を減少させるために軟部組織感染症を治療するために使用されます5,6,7,8,9。aPDIはまた、活性酸素種(ROS)を生成することによって細胞死を引き起こす。スーパーオキシドラジカル()、一重項酸素、ヒドロキシルラジカル(
•OH)、およびペルオキシルラジカルなどのROSは、活性酸素10,11,12を含み、通常は反応性13であるフリーラジカルまたは分子です。ROSによって引き起こされるDNA損傷と同様に、膜過酸化および内皮細胞の破壊もまた、細胞12におけるROSに起因する有害な生化学反応である。
病原性細菌に対するaPDIの使用は、塩化メチルチオニニウム14、PEI-ce6コンジュゲート15、ポルフィリン16、二酸化チタン17、トルイジンブルーO18、および酸化亜鉛ナノ粒子19などの化合物の存在下で微生物を不活性化するための可視光源またはUV光源を含む。トルイジンブルーOおよびメチレンブルーはフェノチアジニウム色素であり、メチレンブルーは毒性を有する。酸化亜鉛ナノ粒子とUV照射は、健康と環境への悪影響に関連しています。そのため、可視照射下での光分解による信頼性が高く、安全で、単純な光増感剤の開発は、さらなる研究に値します。
微量栄養素であるリボフラビンまたはFMNは毒性がなく、実際に食品の製造または給餌に使用されます20。FMNとリボフラビンはどちらも光照射に非常に敏感です2。UV1,2,21,22,23および青色光照射10,24の下で、これら2つの化合物は励起状態を達成する。光分解によって生成される活性化リボフラビンまたはFMNは、そのトリプレット状態に促進され、ROSが同時に生成されます2,25。Kumarらは、UV光によって活性化されたリボフラビンが病原性微生物におけるDNAのグアニン部分への傷害の増加を選択的に引き起こすことを報告した26。UV光の照射下で、光力学的に活性化されたリボフラビンは、二本鎖DNAにおいて、酸化ストレスのバイオマーカーである8-OH-dGの生成を促進することが実証されている27。黄色ブドウ球菌および大腸菌は、リボフラビンまたはFMN光分解中にROSによって不活性化されることが報告されています10、24、28。著者らによる以前の研究では、リボフラビンとFMNが関与する光分解反応が、クリスタルバイオレット、トリアリールメタン染料、および生成
する抗菌剤を減少させ、クリスタルバイオレット28の抗菌能力のほとんどを排除することが示されました。フラビンアデニンジヌクレオチドまたはFMNに青色光を照射すると、得られたROSは、インビトロでの中毒のためにHeLa細胞にアポトーシスを生じます29。リボフラビンの存在下での光化学的処理を用いて、Cuiらはそれらの増殖およびサイトカイン産生を阻害することによってリンパ球を不活性化した30。
リボフラビンの光分解は、UV 10,24による血液病原体の不活性化に使用されるが、UV光照射下で血液成分が損なわれ得る30。また、UVに曝露された血小板は、それらの膜上の活性化マーカーP-セレクチンおよびLIMP-CD63の性能を徐々に増強することが報告されています。UVおよび高強度照射の細胞毒性を調べる必要があり、可視光を含むFMN光反応中に複雑で安全な光増感剤が非常に役立ちます。
より短い波長の光はより多くのエネルギーを持ち、細胞に深刻な損傷を引き起こす可能性がはるかに高くなります。しかしながら、適切な光増感剤の存在下では、低強度の紫色光の照射は病原性微生物を阻害することができる。したがって、紫色光を照射したときのFMNによる光増感と生成は、FMN光分解からのROSが細菌の
不活性化を増加させる経路を決定するために研究することが重要です。
抗菌剤の制御は一般的な問題であり、新しい抗生物質の開発には数十年かかることがよくあります。紫色光を照射した後、FMNによって媒介される光不活性化は、環境病原菌を全滅させることができる。この研究は、FMN光分解を促進し、したがってaPDIを生成する
ために紫色光を使用するin vitroで効果的な抗菌プロトコルを提示します。黄色ブドウ球菌の微生物生存率は、FMN誘発性aPDIの実現可能性を決定するために使用されます。
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1. 光分解システムのセットアップ
2. FMNの光分解に及ぼす光波長の影響(図3)
3.ニトロブルーテトラゾリウム(NBT)還元法を検出
します(図4)。
注:ここで使用したNBT還元法は、リボフラビン光反応のアッセイからわずかに変更されました。NBT還元法は、FMN光分解から発生するレベル
を評価するために使用される。光化学的に励起されたFMNは、まずL-メチオニンによってセミキノンに還元され、セミキノンは電子を酸素に供与して31を生じさせる
。生成された
状態では、NBTをホルマザンに還元し、ホルマザンは560nmに特徴的な吸光度を有する32。
し、NBTを減少させ、ホルマザンを生成します。4. FMN光分解後の 黄色ブドウ球菌 の生存率(図5)
5.
黄色ブドウ球菌の検出(図6)
種を検出します。6.統計分析
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FMNに対する光波長の影響
青、緑、赤、紫のLEDを使用して照射された0.1 mM FMNの吸光度スペクトルを 図3に示します。ダークコントロールのFMNには2つのピーク(372nmと444nm)があります。緑と赤の光は、スペクトルの変化が重要ではないため、効果はありません。一方、444 nmのFMNの吸光度は、10 W/m2 で5分間青色光照射後、紫色光をそれぞれ約19%、34%減少させ、青色/紫色光の照射がFMN光分解を増加させることが示唆された。
の検出
青色または紫色の光を使用して照射されたFMNから
NBT化は、32の形成
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光増感剤は、化合物の光化学反応を高めてROSを生成します。病原性微生物は、光増感剤の存在下で光照射することによって不活性化することができる。本研究では、外因性光増感剤FMNの紫色光照射により発生するROSに起因する 黄色ブドウ球菌 のaPDIを決定した。
図3に示すように、FMNの場合、紫色または青色光を用いた5分間の照射後に444nmの吸光度は有意に低下し、緑色または赤色光の照射下でのFMN吸光度に大きな変化はありません。NBT化は、電荷移動プロセス10、33を介したの形成
を決定するために使用される。著者らによる以前の研究では、青色、緑色、または赤色光照射下でFMNを使用して、NBT還元を使用した...
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著者は利益相反を宣言しません。
著者らは、Tak-Wah Wong博士とZong-Jhe Hsieh氏の実験支援に感謝している。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 青、緑、赤のLEDライト | Vita LED Technologies Co., 台南, 台湾 | DC 12 V 5050 | |
| ジメチルスルホキシド | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | 190186 | |
| 赤外線温度計 | Raytek Co. Santa Cruz, CA | MT4 | |
| LB broth | Difco Co., NJ | ||
| L-Methionine | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | 1.05707 | |
| NBT | Bio Basic, Inc. カナダ オンタリオ | ||
| Power supply | China tech Co., New Taipei City, Taiwan | YP30-3-2 | |
| リボフラビン 5′-リン酸 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | R7774 | |
| RNase | New England BioLabs, Inc. マサチューセッツ州 | ||
| ソーラーパワーメーター | Tenmars Electronics Co., 台北, 台湾 | TM-207 | |
| 黄色ブドウ球菌亜種 黄色ブドウ球 | バイオリソースコレクション研究センター(BCRC)、新竹市 | 台湾 10451 | |
| UV-Vis光学分光計 | Ocean Optics、ダニーデン、フロリダ州 | USB4000 | |
| 紫外可視分光光度計 | 日立ハイテクサイエンス株式会社、東京、日本 | U-2900 | |
| Violet LED | Long-hui Electronic Co., LTD,東莞, 中国 |
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