Почему синяя лампа убивает микробов?

Так называемая «синяя лампа» (или, более официально, рефлектор Минина) микробов не убивает — это обычная лампочка, только из синего стекла, с вогнутым зеркалом, которое фокусирует свет и тепло. В прошлом люди считали, что такая лампа помогает лечить инфекционные болезни — то есть те, которые вызваны микробами. Например, ей прогревали нос или уши при воспалении. Но сейчас уже понятно, что микробы не боятся ни синего света, ни тепла. Согревание такой лампой может помочь при растяжении связок (но только по рекомендации врача!), а на микробов оно не действует. Cиний же меньше проникает сквозь закрытые веки и не слепит глаза. Да, при болезни у человека так же, как и при прогревании, поднимается температура, и она помогает организму бороться с инфекцией, но обычно для этого требуется несколько дней. Недолгое прогревание такой лампой борьбе не помогает, а при острой болезни может сделать даже хуже.

Но есть другие лампы, которые действительно убивают микробов и при этом тоже выглядят синими. Правда, используют их не для того, чтобы греть нос, а чтобы уничтожать микробов внутри помещения.

Микроорганизмы (или, по-простому, микробы) живут по всей Земле. Их можно встретить в любом уголке планеты и в любом помещении. Но есть места, где нам очень не хотелось бы, чтобы они были. Например, в больнице, где микробы могут вызвать опасные болезни у пациентов. Или в научных лабораториях, где они могут повлиять на результаты экспериментов. Или на пищевом производстве, где из-за них могут испортиться продукты питания. Для борьбы с микробами в таких местах люди используют специальные лампы, которые тоже на вид светятся синим или фиолетовым цветом. Как они работают? Для начала давайте разберемся, почему эти лампы имеют такой цвет.

В мире есть много видов излучения, которые различаются очень важным показателем — длиной волны. Все знают фразу «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан», которая помогает запомнить последовательность цветов в радуге: «Красный — оранжевый — желтый — зеленый — голубой — синий — фиолетовый». Эта последовательность не случайна, она показывает постепенное изменение длины волны света. Фиолетовый свет имеет самую короткую длину волны, а красный — самую длинную. Но в радугу «укладывается» далеко не всё возможное излучение, а только то, которое может увидеть наш глаз, — видимый свет. На самом деле бывает излучение с длиной волны намного больше, чем у красного, и намного меньше, чем у фиолетового света. Представьте, что радуга на самом деле во много раз шире, чем нам кажется, просто мы не способны это увидеть.

Излучение, у которого длина волны короче, чем у фиолетового, называется ультрафиолетовым, или, сокращенно, УФ. Именно его излучают лампы, при помощи которых люди борются с микробами. Обычное стекло не пропускает ультрафиолет, так что эти лампы делают из специального кварцевого стекла. Поэтому их часто называют кварцевыми лампами, а само облучение помещения — кварцеванием (сейчас есть и другие, более современные ультрафиолетовые лампы с другим составом стекла). Мы не можем увидеть ультрафиолет, но излучение этих ламп немного «залезает» в видимую часть света, и мы видим самый его краешек — фиолетовый и синий цвета. Поэтому такие лампы и кажутся нам сине-фиолетовыми.

Но почему микробы боятся ультрафиолета? Во всех живых клетках есть ДНК, и микробы — не исключение. ДНК хранит информацию, которая нужна для правильного образования нужных веществ в клетке. Она состоит из последовательности «букв» (на самом деле — химических веществ, которые называются нуклеотидами). Всего таких букв четыре: А, Т, Г, Ц. Если в их последовательности появляются сильные нарушения, то клетка может начать работать неправильно и погибнуть. Именно такие нарушения вызывает ультрафиолет.

Если в последовательности ДНК рядом стоят две одинаковых буквы, то под действием ультрафиолета они могут склеиться вместе, и этот участок перестанет работать правильно. Клетка не сможет прочитать нужную информацию и образовать нужные вещества. Обычно склеиваются две соседние буквы Т (это нуклеотид под названием тимин). Когда такие ошибки накапливаются в большом количестве, они приводят к смерти клетки. Чем дольше мы оставляем включенной ультрафиолетовую лампу в комнате, тем больше пар склеенных букв накапливается в ДНК микробов и тем скорее они погибают. Но ультрафиолет вредит не только микроорганизмам, но и любым другим живым существам, в том числе людям. У всех у нас есть ДНК в клетках,  никому не хочется, чтобы там накапливались ошибки! Поэтому обычно ультрафиолетовые лампы включают, когда в помещении нет людей.

Но микробы не так уж беззащитны. У них есть свои способы защищаться от ультрафиолета и даже исправлять нарушения в ДНК. Например, они могут вырабатывать меланин — темное вещество, которое задерживает ультрафиолетовое излучение. На самом деле меланин есть и у людей, для той же самой цели. Когда нам на кожу попадает ультрафиолет, организм понимает, что пора включать защиту, и начинает вырабатывать меланин. Поэтому мы загораем под действием солнца — чем больше меланина, тем темнее наша кожа. Среди микробов особенно хорошо защищены от ультрафиолета некоторые грибки, которые из-за обилия меланина имеют черный цвет.

Если же ультрафиолет все-таки добрался до клетки и вызвал нарушения, то у микроорганизмов тоже есть ответ — система ремонта ДНК. В их клетках есть специальное вещество под названием фотолиаза. Она двигается вдоль последовательности букв в ДНК, и если натыкается на склеенные буквы, то разъединяет их. Интересно, что фотолиаза не может работать в темноте. Ей нужен свет, только уже не ультрафиолет, а синяя или фиолетовая часть видимого света. Значит, если после облучения ультрафиолетом оставить микробов в темноте, они не смогут отремонтировать свою ДНК. Собственно, именно так ученый Альберт Кельнер открыл существование фотолиазы — он заметил, что после облучения ультрафиолетом бактерии кишечной палочки выживают лучше, если оставить их на свету.

Благодаря механизмам защиты некоторые микробы намного более устойчивы к ультрафиолету, чем другие. Одни погибают уже через пару минут после включения ультрафиолетовой лампы, другие выдерживают и полчаса. Поэтому ультрафиолет никогда не дает стопроцентной гарантии, что все микробы погибли. Если нужно быть максимально уверенным, что ни одного микроба не осталось, то используют другие способы. Например, излучение с еще меньшей длиной волны, которое называется ионизирующим — оно повреждает ДНК намного сильнее. Но ультрафиолетовые лампы всё еще остаются очень распространенным способом борьбы с микробами в помещениях.

Ответил Тимофей Чернов
Рисунок Екатерины Волович