UV inactivation of humic-coated bacteriophages MS2 and T4 in water

Authors: Templeton, M R.; Hofmann, R; Andrews, R C.

Source: Journal of Environmental Engineering and Science, Volume 5, Number 6, November 2006 , pp. 537-543(7)

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Abstract:

This bench-scale study investigated the hypothesis that humic acids may thinly coat the surfaces of viruses (bacteriophages MS2 and T4) and thereby protect them from inactivation by UV light (254 nm). The model viruses were mixed in buffered water (pH 5.5) that contained Aldrich^® humic acid (AHA) concentrations of 0, 10, 50, and 150 mg/L and were exposed to UV light at 40 and 80 mJ/cm² for bacteriophage MS2 and 2 and 7 mJ/cm² for bacteriophage T4 using a low pressure UV collimated beam. No steps were taken to form particles (i.e., no coagulant was added). The UV inactivation of both bacteriophages decreased to a statistically significant degree (based on 95% confidence level, Student's t test) at a humic acid concentration of 150 mg/L at the higher UV doses for each phage. This was despite the increased UV absorbance at 254 nm (UV₂₅₄) caused by the humic acid being taken into account in the UV dose calculation. It was therefore hypothesized that the humic acid was coating the phage surfaces with a thin UV-shielding layer. As a further investigation of this hypothesis, samples containing humic acid, both with and without phage, were pelletized by ultracentrifugation and re-suspended in pure Milli-Q^® water and the resulting UV₂₅₄ values were compared. It was anticipated that the re-suspended pellets from the solutions containing humic acid and phage would exhibit higher UV₂₅₄ than those of the pellets from solutions containing either phage or humic acid, due to the coating interaction. While there were statistically significant differences in UV₂₅₄ among some of the re-suspended pellets, the results were inconsistent due to limitations of the experiment. As such, while some supporting evidence for the humic coating hypothesis was provided by this initial proof of concept study, further research is needed to more fully understand this phenomenon. Key words: ultraviolet light, disinfection, humic acid, bacteriophage, MS2, T4.

Cette étude en laboratoire examine l'hypothèse selon laquelle les acides humiques peuvent se déposer en une mince couche sur les surfaces des virus (bactériophages MS2 et T4) et ainsi les protéger contre l'inactivation par rayonnements UV (254 nm). Les virus du modèle ont été mélangés à de l'eau tamponnée (pH 5,5) contenant des concentrations en acides humiques Aldrich^® (AHA) de 0, 10, 50 et 150 mg/L et ont été exposés à un rayonnement UV de 40 et de 80 mJ/cm² pour le bactériophage MS2 et 2 et 7 mJ/cm² pour le bactériophage T4 en utilisant un faisceau UV collimaté à basse pression. Les essais ne comportaient aucune étape de formation de particules (c.-à-d. aucun coagulant n'a été ajouté). L'inactivation UV des deux bactériophages a diminué à un niveau statistiquement significatif (basé sur un niveau de confiance de 95 %, test t) à une concentration d'acides humiques de 150 mg/L aux doses UV les plus élevées pour chaque bactériophage. Cela est survenu malgré l'accroissement de l'absorbance UV à 254 nm (UV₂₅₄) lorsque les acides humiques sont pris en compte dans le calcul de la dose UV. L'hypothèse que les acides humiques recouvraient les surfaces des bactériophages par une mince couche protégeant des UV a alors été émise. Pour examiner plus à fond cette hypothèse, des échantillons contenant des acides humiques, avec et sans bactériophages, ont été boulettés par ultracentrifugation et remis en suspension dans de l'eau pure Milli-Q^®; les valeurs UV₂₅₄ ont été comparées. Il était prévu que les boulettes des solutions contenant des bactériophages et des acides humiques et remises en suspension auraient une valeur UV₂₅₄ supérieure à celles provenant de solutions contenant soit des bactériophages ou soit des acides humiques en raison de l'interaction avec le revêtement. Bien qu'il y ait eu des différences statistiquement significatives dans les valeurs UV₂₅₄ parmi certaines boulettes remises en suspension, les résultats étaient inconsistants en raison des limites de cette expérience. Alors que certaines preuves apportées par cette étude initiale de validation de concept soutiennent l'hypothèse du revêtement humique, une recherche plus poussée est requise pour mieux comprendre ce phénomène.

Document Type: Research article

Publication date: 2006-11-01

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