En ny studie har för första gången avslöjat den viktiga rollen koldioxid (CO2 ) spelar för att bestämma livslängden för luftburna virus – nämligen SARS-CoV-2, viruset som orsakar covid-19. Det visade tydligt att man behöll CO2 nivåer i kontroll hjälper till att minska virusöverlevnaden och därmed risken för infektion.
Forskningen, ledd av University of Bristol och publicerad idag i Nature Communications , visar hur CO2 är en viktig faktor för att förlänga livslängden för SARS-CoV-2-varianter som finns i små droppar som cirkulerar i atmosfären.
Huvudförfattaren Dr. Allen Haddrell, Senior Research Associate in Aerosol Science vid universitetets School of Chemistry, sa:"Vi visste att SARS-CoV-2, precis som andra virus, sprids genom luften vi andas. Men den här studien representerar ett enormt genombrott i vår förståelse för exakt hur och varför det händer, och avgörande vad som kan göras för att stoppa det.
"Det visar att det kan vara mer kraftfullt att öppna ett fönster än man först trodde, särskilt i trånga och dåligt ventilerade rum, eftersom frisk luft kommer att ha en lägre koncentration av CO2 , vilket gör att viruset inaktiveras mycket snabbare.
"Men det belyser också vikten av våra globala nettonollmål eftersom forskningen indikerar till och med något förhöjda nivåer av CO2 , som ökar i atmosfären i och med klimatförändringarnas inträdande, kan avsevärt förbättra graden av virusöverlevnad och risken för spridning."
Under covid-19-pandemin användes koldioxidmonitorer för att uppskatta ventilationen i byggnader, eftersom både CO2 och viruset finns i utandningsluften. Men den här forskningen har avslöjat hur CO2 i sig gör faktiskt att viruset överlever längre i luften. Forskarna fann också att olika SARS-CoV-2-varianter hade olika aerostabilitet, där den senaste omicron-varianten har en förlängd livslängd.
Forskarna gjorde dessa upptäckter med hjälp av unik bioaerosolteknologi som de utvecklade, kallad CELEBS—Controlled Electrodynamisk Levitation and Extraction of Bioaerosols onto a Substrate, som gör att överlevnaden av olika SARS-CoV-2-varianter kan mätas i laboratoriegenererade luftburna partiklar som efterliknar utandad aerosol .
Genom att variera koncentrationen av CO2 i luften mellan 400 delar per miljon (ppm) – nivån i normal utomhusluft) och 6 500 ppm, bekräftade teamet en korrelation mellan ökningar av CO2 koncentrationer och hur lång tid luftburna virus förblir smittsamma i luften, vilket ökar risken för överföring.
Resultaten visade att CO2 ökade koncentrationen till bara 800 ppm, en nivå som identifierats som välventilerad, resulterade i en ökning av viral aerostabilitet. Efter 40 minuter, jämfört med ren luft, förblev cirka 10 gånger så mycket virus smittsamt när luften hade en CO2 koncentration liknande den i ett trångt rum (3 000 ppm).
Dr. Haddrell sa:"Det här förhållandet kastar viktigt ljus över varför superspridningshändelser kan inträffa under vissa förhållanden. Det höga pH-värdet för utandningsdroppar som innehåller SARS-CoV-2-viruset är sannolikt en viktig drivkraft för förlusten av smittsamhet. CO2 beter sig som en syra när den interagerar med droppar. Detta gör att dropparnas pH blir mindre alkaliskt, vilket resulterar i att viruset i dem inaktiveras i långsammare takt.
"Det är därför att öppna ett fönster är en effektiv begränsningsstrategi eftersom det både fysiskt tar bort viruset från rummet, men också gör själva aerosoldropparna mer giftiga för viruset."
Mellan nu och slutet av århundradet har nyligen genomförd klimatvetenskaplig forskning beräknat koncentrationen av CO2 i atmosfären förväntas nå mer än 700 ppm.
Dr. Haddrell tillade, "Dessa fynd har därför bredare implikationer inte bara i vår förståelse av överföringen av luftvägsvirus, utan hur förändringar i vår miljö kan förvärra sannolikheten för framtida pandemier. Data från vår studie tyder på att stigande nivåer av CO2 i atmosfären kan sammanfalla med en ökning av överförbarheten av andra luftvägsvirus genom att förlänga hur länge de förblir smittsamma i luften."
Medförfattare professor Jonathan Reid, chef för EPSRC Center for Doctoral Training in Aerosol Science vid University of Bristol, sa:"Även om det finns mycket vi fortfarande inte förstår, får vi nu en mycket mer komplett bild av rollen som utandas. andningsaerosoler spelar för att transportera infektiösa virus mellan människor och de mekanismer som kontrollerar deras överlevnad.
"Dessa fynd kan tjäna som en vetenskaplig grund för utformningen av begränsningsstrategier som kan rädda liv i alla framtida pandemier."
Mer information: Allen Haddrell et al, Omgivande koldioxidkoncentration korrelerar med SARS-CoV-2 aerostabilitet och infektionsrisk, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47777-5
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av University of Bristol
