利用电离辐射快速体外灭活多种SARS-CoV-2毒株：新的灭活模式与机制洞察

《Engineering》：Rapid In-Vitro Inactivation of Various SARS-CoV-2 Strains Using Ionizing Radiation: New Inactivation Patterns and Mechanistic Insights

本研究系统评估了电离辐射对20种新冠病毒野型和变异株的灭活效果，发现1.2 kGy电子束或0.9 kGy X射线可灭活99.99%病毒，变异株灭活效率更高，主要机制为S蛋白结构破坏而非核酸损伤，为疫苗开发及消毒提供新策略。

　　本研究探讨了电离辐射对严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）及其变异株的灭活效果，并揭示了其作用机制。SARS-CoV-2作为一种引起全球大流行的病原体，其传播途径包括人与人之间的飞沫、气溶胶传播，以及通过接触被污染的物体表面间接传播。随着病毒的持续变异，变异株（Variants of Concern, VOCs）在免疫逃逸能力和致病性方面有所增强，使得传统的防控手段面临挑战。因此，寻找一种高效、安全且环保的病毒灭活方法显得尤为重要。

电离辐射，如电子束（E-beam）、X射线等，因其非侵入性、无需化学试剂以及对环境友好等优点，被广泛应用于病毒灭活、疫苗生产、食品加工、实验室设备消毒等领域。然而，对于SARS-CoV-2的具体灭活效果及其作用机制，仍存在许多未解之谜。本研究通过使用20种野生型（WT）和变异株，对电离辐射的灭活效果进行了系统分析，揭示了其对病毒的敏感性以及可能的灭活机制。

研究发现，1.2 kGy的电子束或0.9 kGy的X射线照射能够有效灭活99.99%的SARS-CoV-2病毒颗粒。值得注意的是，Delta变异株以及多种Omicron变异株对电离辐射表现出更高的敏感性，仅需1.0 kGy和0.8 kGy即可达到几乎相同的灭活效率。这表明，病毒的变异可能影响其对电离辐射的反应，从而改变其灭活所需剂量。研究还指出，病毒灭活效率与照射剂量之间呈现出典型的剂量-反应关系，即在特定的剂量范围内，病毒灭活效率迅速上升，表现出一个“狭窄窗口”的特性。

在机制方面，研究通过冷冻电镜（Cryo-EM）和免疫荧光分析（IFA）等技术，发现电离辐射主要通过破坏S蛋白的结构实现病毒灭活，而不是通过破坏病毒的核酸。S蛋白是病毒入侵宿主细胞的关键蛋白，其结构在电离辐射作用下发生从“前融合”到“后融合”形态的转变，这种转变导致S蛋白失去其与宿主细胞受体（如ACE2）结合的能力，从而阻止病毒的感染和复制。尽管部分研究曾提出电离辐射可能通过破坏病毒核酸实现灭活，但本研究通过定量实时逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）和核酸电泳分析，发现即使在高剂量（如3 kGy）照射下，病毒核酸仍保持完整，未出现明显的断裂现象。这进一步支持了S蛋白结构破坏是主要灭活机制的观点。

此外，研究还评估了不同物理因素对病毒灭活效果的影响，包括照射剂量、剂量率以及冷冻条件。结果显示，病毒灭活主要取决于是否达到特定的剂量阈值，而与物理参数无明显相关性。例如，在2 kGy的照射下，无论使用何种剂量率，病毒的灭活效率均保持一致。同时，研究发现，在冷冻条件下，病毒的灭活所需剂量略高于常温环境，这提示在实际应用中，如冷链食品灭菌或低温环境下的医疗设备消毒，应特别关注温度对灭活效果的影响。

本研究还特别关注了SARS-CoV-2变异株的灭活特性。通过比较野生型与变异株的S蛋白结构和核酸完整性，发现变异株对电离辐射表现出更高的敏感性。这可能与变异株中S蛋白的结构变化有关，例如，某些变异株可能具有更多的裂解位点，使得其更容易受到电离辐射的影响。因此，针对变异株的灭活可能需要更低的剂量，这为未来的病毒控制策略提供了新的思路。

在实际应用方面，本研究强调了电离辐射作为一种高效且安全的灭活手段，在工业消毒和医疗防护中的重要性。特别是在低温环境中，传统热灭活方法可能因对敏感材料的损害而受到限制，而电离辐射则能够在不破坏材料的情况下实现病毒的快速灭活。此外，电离辐射在不产生放射性废物的前提下，具备良好的可操作性和环保性，使其成为一种理想的灭活技术。

综上所述，本研究不仅揭示了SARS-CoV-2及其变异株对电离辐射的敏感性，还提出了一个全新的灭活机制，即通过破坏S蛋白结构实现病毒灭活。这一发现对于未来开发针对SARS-CoV-2及其变异株的疫苗和防控措施具有重要意义。同时，研究结果也为工业灭活和医疗防护提供了科学依据，有助于在实际应用中优化灭活方案，提高效率并减少成本。随着SARS-CoV-2可能在未来形成地方性流行甚至与人类长期共存，电离辐射作为一种快速、有效的灭活手段，其应用前景广阔，值得进一步研究和推广。