Plasma Activated Water (PAW) berbentuk aerosol adalah harapan baru di bidang Inaktivasi Virus (Part I)

 Pendahuluan

Virus patogen sekarang ini menjadi kendala bagi kemajuan kesehatan, pertanian, dan ekonomi global. Metode desinfeksi klasik memiliki beberapa kekurangan dan tidak efisiensi, dan solusi inovatif dalam meng in aktivasi virus sangat dibutuhkan terutama pada pandemi covid-19 yang telah melanda dunia.

PAW dapat digunakan sebagai alat yang ramah lingkungan untuk inaktivasi virus. Ini dapat menonaktifkan virus manusia, hewan, dan tumbuhan yang berbeda dalam berbagai matriks.

Saat ini menggunakan PAW untuk inaktivasi virus adalah sangat efisiensi dan ramah lingkungan, penggunaan PAW sangat tepat jika pengaturan yang dilakukan dengan parameter yang benar dan memilih durasi perawatan yang tepat sehingga partikel dalam PAW dapat berinteraksi dengan bahan yang terkontaminasi.

Unsur dalam PAW adalah terdapat spesies oksigen dan / atau nitrogen reaktif, kedua unsur tersebut telah terbukti bertanggung jawab atas inaktivasi virus melalui efek pada protein kapsid dan / atau asam nukleat. Pengembangan metode yang lebih akurat akan memberikan informasi tentang partikel plasma mana yang penting dalam setiap percobaan, dan bagaimana sebenarnya pengaruhnya terhadap virus.

Penerapan PAW adalah sangat relevan untuk menanggulangi pandemi virus, seperti COVID-19, dimana perlu adanya metode inaktivasi virus alternatif untuk menggantikan, melengkapi, atau meningkatkan prosedur yang ada,  sehingga  pengaturan parameter spesies oksigen dan / atau nitrogen reaktif yang benar dan memilih durasi perawatan yang tepat adalah dapat menjadi alternatif untuk meng in aktivasi virus COVID-19.

Virus dan metode untuk meng in aktivasi

Virus adalah agen mikroskopis yang dapat menginfeksi semua bentuk kehidupan seluler. Klasifikasi mereka sebagai organisme hidup secara historis telah menjadi pertanyaan perdebatan filosofis, tetapi tidak diragukan lagi mereka adalah salah satu mesin evolusi paling kuat di planet ini [51]. Kebanyakan virus tidak berbahaya, dan beberapa bahkan bermanfaat bagi inangnya [52]. Dalam beberapa tahun terakhir, virus semakin banyak digunakan untuk meningkatkan kesejahteraan manusia. Misalnya, lentivirus [53] dan virus terkait adeno [54] sedang direkayasa secara genetik untuk memformulasi terapi gen mutakhir. Meski demikian, virus memiliki reputasi yang buruk sebagai agen penyebab berbagai penyakit pada manusia, hewan, dan tumbuhan. Ini tidak mengherankan karena mereka telah menjadi pemain utama dalam berbagai epidemi dan pandemi sepanjang sejarah (https://www.who.int/emergencies/diseases/managing-epidemics/en/). Beberapa agen virus telah berkontribusi pada ketenaran virus 'biohazard' yang memang layak, termasuk influenza, Ebola, HIV, dan coronavirus SARS-CoV-2. Meski bukan 'selebriti viral', virus yang ditularkan melalui air semakin menjadi beban kesehatan dan ekonomi yang serius di era sekarang yang terancam oleh perubahan iklim dan kelangkaan air minum.

Perlakuan fisik dan kimia yang berbeda secara tradisional telah diterapkan untuk inaktivasi virus. Klorin, alkohol, asam, alkali, dan pemutih adalah contoh disinfektan kimiawi, sedangkan iradiasi UV, filtrasi, tekanan, dan suhu adalah perlakuan fisik [55]. Metode pilihan tergantung pada matriks yang akan didisinfeksi dan virus yang menjadi target inaktivasi. Virus yang ditularkan melalui air, termasuk virus enterik [56] dan tobamovirus tanaman [57], adalah yang paling stabil dari semua virus. Untuk menonaktifkan virus stabil seperti itu dalam matriks yang rumit, metode disinfeksi harus cukup kuat untuk menonaktifkan virus tetapi pada saat yang sama harus tidak beracun untuk menjaga kualitas dan sifat air. Sekarang diketahui bahwa klorinasi, metode tradisional yang digunakan untuk desinfeksi air, tidak secara efisien menonaktifkan beberapa virus, dan dalam jangka panjang dapat menimbulkan risiko bagi kesehatan manusia melalui pelepasan produk sampingan beracun [58]. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi inaktivasi virus yang ditularkan melalui air telah dikembangkan, seperti filtrasi membran, reverse osmosis, perawatan UV dan ozon, dan kavitasi hidrodinamik, yang masing-masing memiliki pro dan kontra. Kerugian yang sering terjadi dari teknologi ini adalah ketidakefisienan biaya, masalah skalabilitas, dan penggunaan daya yang tidak berkelanjutan. Studi skala laboratorium menunjukkan bahwa CP memiliki potensi untuk mengatasi masalah ini, tetapi konfirmasi akan membutuhkan studi yang difokuskan pada penerapan skala industri perangkat desinfeksi berbasis PAW.

Saat Virus Bertemu PAW

Virus adalah mikroba yang paling melimpah dan beragam di planet kita. Mereka telah mendiami bumi selama milyaran tahun [1], telah beradaptasi dengan berbagai lingkungan, dan sekarang ditemukan di semua ekosistem. Virus telah berkontribusi pada evolusi kehidupan di Bumi, dan dapat bermanfaat untuk melestarikan ekosistem dan siklus alami Bumi yang penting seperti siklus karbon di laut [2]. Di sisi lain, virus patogen menyebabkan puluhan hingga ratusan juta infeksi tumbuhan, hewan, dan manusia setiap tahun, yang mengakibatkan hilangnya panenan yang tinggi dan banyak kematian. Oleh karena itu, menonaktifkan virus berbahaya sangat penting untuk kualitas hidup yang lebih baik.

Virus dapat ditularkan secara langsung dari satu individu yang terinfeksi ke individu lain atau secara tidak langsung melalui perantara yang terkontaminasi seperti permukaan, benda, udara, makanan, dan air. Penularan melalui permukaan yang terkontaminasi dan aerosol telah terbukti sangat penting dalam pandemi COVID-19 yang disebabkan oleh sindrom pernapasan akut parah, coronavirus 2 (SARS-CoV-2) [3]. Air juga merupakan jalur penularan yang semakin penting untuk virus patogen. Hal ini timbul karena perubahan iklim global dan terus meningkatnya permintaan air, dikombinasikan dengan penghapusan virus yang tidak efisien dengan pengolahan air tradisional dan penggunaan kembali air limbah untuk keperluan irigasi [4,5]. Virus yang ditularkan melalui air patogen merupakan kontributor penting untuk salah satu risiko global terpenting yang kita hadapi saat ini, kelangkaan air minum [6]. Berbagai metode inaktivasi virus (lihat Daftar Istilah) digunakan untuk mencegah penyebaran virus dalam matriks yang berbeda, tetapi sayangnya metode yang ideal belum ditemukan. Oleh karena itu, ada kebutuhan mendesak akan pengolahan yang ramah lingkungan yang tidak menghasilkan limbah maupun produk sampingan beracun, tidak menggunakan bahan kimia beracun, mudah dan aman untuk dikerjakan, dan juga efisien dalam hal inaktivasi virus. Munculnya pengobatan menggunakan teknologi plasma untuk inaktivasi virus bertujuan untuk memberikan solusi terhadap semua fitur tersebut.

Plasma adalah materi keempat. Ini adalah gas yang terionisasi sebagian atau seluruhnya di mana atom dan / atau molekul dilepaskan dari kulit terluarnya (Kotak 2) [7]. Di antara konstituen kompleksnya, emisi radiasi UV dan oksigen reaktif dan / atau spesies nitrogen (RONS) memiliki sifat antimikroba yang paling penting [8]. UV dapat merusak asam nukleat [9], sedangkan RONS dapat mengoksidasi asam nukleat, protein, dan lipid, dengan afinitas berbeda yang bergantung pada spesies [10]. Sifat inheren plasma ini, dan lebih khusus lagi CP, telah memotivasi penelitian ekstensif tentang penggunaan CP untuk inaktivasi berbagai mikroorganisme patogen. Target utamanya adalah bakteri, dengan investigasi di berbagai bidang seperti produksi makanan [11], kedokteran, dan kedokteran gigi [12]. Ini bahkan telah meluas ke aplikasi onkoterapi, di mana sel kanker ditargetkan daripada mikroorganisme patogen [13].

Inaktivasi virus yang dimediasi plasma adalah bidang penelitian yang relatif muda (ditinjau dalam [14,15]) yang dimulai hanya sekitar 20 tahun yang lalu [16]. Hal ini terlepas dari pengetahuan puluhan tahun bahwa ozon, yang biasanya disintesis dari O2 yang mengalami kondisi plasma, dapat menonaktifkan virus [17]. Namun, selama beberapa tahun terakhir jumlah publikasi di bidang plasma-virus telah berlipat ganda, dan penelitian telah berkembang dari hanya mendefinisikan sifat virucidal plasma menjadi mendeskripsikan mode inaktivasinya.

Tinjauan ini menawarkan gambaran umum yang komprehensif tentang kemajuan dan pencapaian terbaru di bidang plasma-virus. Kami juga menjelaskan dan mendiskusikan mode inaktivasi virus yang dimediasi plasma dan spesies reaktif yang bertanggung jawab.

References

1.     1. Nasir, G. Caetano-Anollés, A phylogenomic data-driven exploration of viral origins and evolution, Sci. Adv., 1 (2015), Article e1500527

2. 2. S.W. Wilhelm, C.A. Suttle, Viruses and nutrient cycles in the sea aquatic food webs, Bioscience, 49 (1999), pp. 781-788

3.   3. N. van Doremalen, et al.Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1, N. Engl. J. Med., 382 (2020), pp. 1564-1567

4.    4. S. Shrestha, et al.Virological quality of irrigation water sources and pepper mild mottle virus and tobacco mosaic virus as index of pathogenic virus contamination level, Food Environ. Virol., 10 (2018), pp. 107-120

5. 5. N. Mehle, M. RavnikarPlant viruses in aqueous environment – survival, water mediated transmission and detection, Water Res., 46 (2012), pp. 4902-4917

6.      6.  E.G. Franco, et al.The Global Risks Report 2020, (15th edn), World Economic Forum (2020)

7.       7. A. Filipić, et al.Cold atmospheric plasma as a novel method for inactivation of potato virus Y in water samples, Food Environ. Virol., 11 (2019), pp. 220-228

8.   8. J. Guo, et al.Bactericidal effect of various non-thermal plasma agents and the influence of experimental conditions in microbial inactivation: a review, Food Control, 50 (2015), pp. 482-490

9.    9. US Environmental Protection Agency Office of Water, Ultraviolet Disinfection Guidance Manual for the Final Long Term 2 Enhanced Surface Water Treatment Rule, US EPA (2006)

R. 10. R Mittler,  ROS are good, Trends Plant Sci., 22 (2017), pp. 11-19

P. 11. Bourke, et al.The potential of cold plasma for safe and sustainable food production, Trends Biotechnol., 36 (2018), pp. 615-626

A. 12. Sakudo, et al.Disinfection and sterilization using plasma technology: fundamentals and future perspectives for biological applications, Int. J. Mol. Sci., 20 (2019), p. 5216

X. 13. Dai, et al.The emerging role of gas plasma in oncotherapy, Trends Biotechnol., 36 (2018), pp. 1183-1198