转自：环境工程与科学
12月15日，清华大学张潇源副教授课题组在Water Research在线发表了题为“Deciphering the virucidal potential of hydroxyl radical during ozonation: Implications for waterborne virus inactivation”的研究论文，对臭氧灭活过程中•OH对病毒灭活的贡献进行了量化，并对臭氧和•OH对病毒结构造成破坏的相对程度和机制进行了评估和比较。
环境中新出现和不断演变的病毒具有复制能力强、感染剂量低的特点，已成为人类健康的全球性威胁。由 SARS-CoV-2 引发的全球大流行已导致数亿人感染，夺去了数百万人的生命。2024 年初，世界卫生组织（WHO）多次警告说，由一种未知的新型病毒引起的 "X 病 "爆发只是时间问题（WHO，2024 年）。水传播是病毒在生物体内传播的重要方式，病毒能够在水生环境中保持感染力数天至数周。例如，诺罗病毒和轮状病毒是导致人类肠胃炎的常见病原体，主要通过受污染的水传播。病毒进入城市污水系统，并在整个处理和传播过程的各个环节被持续检测到。从西班牙污水处理厂收集的水样在经过一级和二级处理后，SARS-CoV-2 RNA 检测呈阳性，可作为污水中病毒行为的关键指标。因此，在污水处理厂进行生化反应后有效灭活水传播病毒对于降低潜在的致病风险至关重要，同时也有助于推进联合国可持续发展目标6（清洁水和卫生设施）。
与水中病毒污染相关的公共卫生风险的增加导致人们对有效消毒策略的高度重视。臭氧是一种强效消毒剂，被广泛用于灭活病原体，但详细介绍臭氧消毒过程中产生的羟基自由基（•OH）的杀毒功效的全面报告却很有限。本研究精心解读了臭氧消毒过程中•OH的作用和影响因素，从动力学和分子生物学角度阐明了•OH如何增强臭氧介导的病毒灭活作用。臭氧衍生的•OH对Phi6（9.67×1010 M-1 s-1）和PhiX174（3.85×1010 M-1 s-1）的灭活速率常数比臭氧分子的灭活速率常数高4-5个数量级。在 20°C、pH 值为 7.0 的条件下，•OH对降低病毒传染性的贡献率从 11.3% 到 52.7% 不等。当 pH 值从 6.0 升至 8.0 时，•OH的产量明显增加，这也是臭氧明显加快病毒灭活速度的主要原因。温度的升高（10-30°C）对•OH产量的影响可以忽略不计，但会通过提高氧化剂与病毒颗粒的反应性来促进病毒的清除。•OH对病毒基因组造成的破坏远远超过臭氧造成的破坏，在•OH存在的情况下，基因拷贝的减少量是单独使用臭氧所观察到的效果的297%-343%。通过密度泛函理论静态计算预测了臭氧和•OH与病毒遗传物质的潜在相互作用位点，并进行了进一步比较。本研究全面揭示了•OH的灭活能力及其有效控制水传播病毒的内在机制，为利用臭氧衍生的•OH的高级氧化特性开发创新的水消毒策略奠定了理论基础。
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