La radiazione elettromagnetica a particolari lunghezze d’onda (tra i 200 e i 280 nm) viene identificata come UV-C, ed ha un effetto disinfettante in quanto agisce su tutti i microrganismi. Questo effetto viene chiamato radiazione ultravioletta germicida (UVGI dall’inglese ultraviolet germicidal irradiation).
Il cambiamento fotochimico che queste particolari lunghezze d’onda inducono nei microrganismi li rende incapaci di replicarsi, danneggiando il DNA o l’RNA che sono alla base di tutte le forme di vita. Interrompendo la replicazione dei microrganismi, si elimina anche qualsiasi effetto dannoso per la nostra salute.
Effetto sui microrganismi
La luce ultravioletta si estende dai 100nm ai 400nm. A tutte queste lunghezze d’onda ci sono effetti fotochimici, tuttavia quelli più dannosi per i microrganismi avvengono attorno ai 260-265nm [Harm, W. (1980). Biological effects of ultraviolet radiation.]. Il grafico mostra i risultati sperimentali per un particolare batterio (l’E.coli) misurando l’efficienza dell’azione germicida al variare della lunghezza d’onda (dati da [IESNA, Lighting Handbook. Reference and application volume. New York: Illuminating Engineering Society of North America, 2000.]). Il grafico riporta anche lo spettro di emissione per due diverse tipologie di lampade che emettono radiazione UV-C, tra le più comuni, ovvero quelle ai vapori di mercurio a bassa e media pressione.
Il fatto che a queste particolari lunghezze d’onda l’effetto sia devastante è dovuto alla tipologia di assorbimento. Infatti la radiazione UV-C, viene assorbita direttamente dalle proteine e dagli acidi nucleici, che formano le basi del DNA e dell’RNA di batteri, virus e tutte le altre forme di vita.
Le lampade a scarica con vapori di mercurio ad alta pressione emettono uno spettro con un’efficienza germicida attorno all’84% per questo tipo di batterio. Questa tipologia di lampade emette il 95% della loro energia alla lunghezza d’onda di 253.7nm, estremamente vicina ai picchi di assorbimento degli acidi nucleici [IESNA, Lighting Handbook. Reference and application volume. New York: Illuminating Engineering Society of North America, 2000.]. Microrganismi diversi hanno picchi di assorbimento leggermente diversi, in base alla struttura del particolare virus o batterio. In ogni caso i picchi ottimali sono sempre contenuti nell’intervallo della radiazione UV-C.
Ci sono anche altre tipologie di danni fotochimici causati alle cellule e al microrganismo.
Effetti su DNA e RNA
Esistono due tipologie di acidi nucleici, gli acidi ribonucleici, che formano le basi dell’RNA, e gli acidi desossiribonucleici, che formano le basi del DNA. Tutti gli organismi contengono una o entrambe le tipologie di acidi nucleici. I virus possono contenere DNA oppure RNA, ma mai entrambi.
Gli acidi nucleici sono alla base della replicazione microbica e della sintetizzazione delle proteine. Il loro danneggiamento risulta quindi in una effettiva impossibilità di effettuare questi due processi, impedendo perciò la replicazione del microrganismo.
Le basi degli acidi nucleici sono unite da legami a idrogeno, che legano i due filamenti di DNA nella struttura ad elica. La radiazione UV-C agisce su questi legami.
In particolare la radiazione UV-C può causare due basi di timina adiacenti a legarsi in maniera più stabile rispetto al legame a idrogeno con le rispettive basi di adenina [Casarett, A. P. (1968). Radiation biology (No. TID-24693). 1968.]. L’unione risultante è detta dimero di timina.
Il meccanismo esatto con cui la radiazione UV-C causa i dimeri di timina non è ancora completamente noto, ed è un campo di ricerca attiva. Tuttavia quello che è certo è che questa radiazione danneggia strutturalmente il DNA e l’RNA, rendendo inattivi tutti i microrganismi.
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