Virus persistence on surfaces : studies on nature-based solutions

Abstract

The emergence of new viruses is always a global health threat, as they have the potential to cause widespread outbreaks. Viruses can spread through direct transmission but also via contaminated surfaces. The recent COVID-19 pandemic, in particular, highlighted the importance of maintaining clean public spaces to minimize the transmission risk through surfaces. While surface disinfection remains a practical solution, it can be laborious, time-consuming, costly, and environmentally harmful. This dissertation has examined nature-derived antiviral surface solutions to complement traditional strategies. Six wood species were investigated for their antiviral properties in the first study. Most of the wood species displayed broad-spectrum antiviral activity, with varying capacities to inactivate both enveloped and non-enveloped viruses. The antiviral efficacy of wood was hypothesized to be attributed to its porous nature and the presence of wood extractives. The second study evaluated the efficacy of a tall oil rosin-functionalized plastic surface against coronaviruses. The active component rosin rapidly reduced the infectivity of both seasonal human coronavirus OC43 and SARS-CoV-2 without apparent changes in the virion structure, as evidenced by different imaging techniques. The third study demonstrated that polyphenols have potent antiviral activity against different serotypes of enteroviruses. The efficacy of these polyphenols significantly increased when functionalized on the surface of gold nanoparticles. The antiviral activity is hypothesized to be associated with their ability to bind to multiple sites on the capsid. This interaction may result in the super stabilization of the virion, preventing the virus's binding to its host cells.

Viime vuosina virukset ovat aiheuttaneet merkittäviä maailmanlaajuisia terveysuhkia, koska ne voivat aiheuttaa laajoja epidemioita. Tuorein SARS-CoV-2:n aiheuttama COVID-19-pandemia on korostanut julkisten tilojen puhtauden ylläpitämisen tärkeyttä pintojen kautta leviämisen riskin minimoimiseksi. Vaikka pintojen desinfiointi on edelleen tehokas ratkaisu, se voi olla työvoimavaltaista, aikaa vievää, kallista ja ympäristölle haitallista. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin kolmea luonnosta peräisin olevaa antiviraalista pintaratkaisua, jotka voisivat täydentää perinteisiä desinfiointistrategioita. Ensimmäisessä osatyössä tutkimme eri puulajien antiviraalisia ominaisuuksia. Suurin osa puulajeista osoitti laajakirjoista antiviraalista aktiivisuutta, mutta eri puulajeilla oli vaihteleva kyky inaktivoida vaipallisia ja vaipattomia viruksia. Puun antiviraalinen teho johtui ensisijaisesti sen huokoisuudesta ja puun uuteaineiden läsnäolosta. Toisessa osatyössä tutkittiin mäntyöljyhartsia sisältävän muovin tehoa koronaviruksia vastaan. Aktiivista ainesosaa, hartsia, uuttui muovipinnasta ja se kykeni vähentämään sekä kausiluonteisen ihmisen koronaviruksen (HCoV-OC43) että SARS-CoV-2:n infektiokykyä nopeasti ilman näkyviä muutoksia virionin rakenteessa, mikä varmistettiin eri kuvantamistekniikoilla. Käsitellyt virukset kykenivät kulkeutumaan solujen sisään, mutta ne eivät näyttäneet etenevän endosomivaiheesta eteenpäin. Tämä viittaa siihen, että estomekanismi voisi liittyä viruksen ja endosomaalisten kalvojen vähentyneeseen fuusioon, mikä estää viruksen genomin vapautumisen sytoplasmaan. Viimeisessä osatyössä polyfenolit osoittivat voimakasta antiviraalista aktiivisuutta erilaisia enteroviruksia vastaan. Tehokkuus monikertaistui, mikäli käytettiin polyfenoleilla päällystettyjä kultapartikkeleita. Polyfenolien antiviraalinen teho perustui siihen, että ne sitoutuivat useaan kohtaan viruksen pinnassa, mikä voimakkaasti stabiloi viruspartikkeleita ja vähensi niiden sitoutumista solujen pintaan.