如果你在實驗室裏使用紫外線，你有沒有停下來考慮過紫外線是如何破壞DNA並導致突變的?如果沒有，我們有關於如何保護你自己和你的實驗的內幕，就在這裏。

紫外線如何破壞DNA

紫外線輻射是一種致癌物，因為它會破壞DNA，導致原癌基因和腫瘤抑製基因的突變。[1-3]過度暴露於陽光——更具體地說，是紫外線光譜的一部分——與癌症之間的聯係是有充分的文獻記載的。(4、5)

這就是為什麼你應該始終遵循這是巴茲·魯爾曼雄辯的總結塗抹防曬霜來保護自己遠離皮膚癌。暴露在紫外線輻射下也與光老化和眼睛損傷有關。DNA損傷的程度和類型很大程度上取決於入射光子的波長。[1]

了解紫外線輻射如何導致DNA突變是深入了解皮膚癌潛在機製的關鍵。這在考慮紫外線會對你的dna實驗產生有害影響．在細胞中，DNA修複機製可以修複紫外線損傷的堿基，但在純化的質粒中，不存在這樣的機製，未經修複的紫外線損傷可能對下遊應用的成功有害。

在本文中，我們將:

• 強調紫外線可以引起突變的兩個主要機製;
• 強調使用紫外線的實驗室設備及其紫外線的種類;
• 解釋為什麼在實驗室使用DNA時這很重要;
• 為您的樣品和您自己提供使用紫外線光源安全工作的提示。

甚麼是紫外線?

紫外線輻射是電磁光譜中位於200到400納米之間的部分，波長比可見光譜中的紫外光短(因此得名紫外線)。這一範圍進一步分為短波(200 - 280nm, UV-C)，中波(280 - 320nm, UV-B)和長波(320 - 400nm, UV-A)光。[1]

我們的眼睛不能直接感知紫外線，因為人眼的晶狀體會阻擋300納米到400納米之間的大部分輻射，而角膜會阻擋波長較短的紫外線(即UV- b和UV- c)。

UV-C: DNA的破壞性現實

波長較短的UV-C所攜帶的能量比長波的UV-A要多得多，對DNA的傷害也更大。UV-C對DNA損傷能力的增加也是因為DNA吸收的光的最大值為260納米，這在UV-C的範圍內。[1]

幸運的是，太陽的UV-C射線不會到達地球，因為它們被臭氧層吸收了。然而，正如我們在本文後麵討論的那樣，UV-C是在實驗室中使用的，因此如果不采取適當的安全預防措施，就會造成DNA損傷。

紫外線b和紫外線a:仍然是危險的

雖然紫外線c造成了最大的危險，但紫外線a和紫外線b並不是無害的。UV-B和UV-A射線是兩種形式的高能輻射，在光化學反應中使分子電離(即從分子中去除電子)，產生新的分子產物。UV-B和UV-A射線分別可以穿透我們皮膚的表皮和真皮層，被國際癌症研究機構(IARC)歸類為“I類致癌物”。(6)重要的是，雖然UV-A光的能量低於UV-B光，但它的強度是UV-B光的20倍，但這一比例隨緯度和季節的變化而變化。[1]

此外，uv - b誘導的DNA損傷與非黑色素瘤皮膚癌(NMSCs)的發生有關，包括基底細胞癌(BSC)和鱗狀細胞癌(SCC)。更糟糕的是，對平流層臭氧層的破壞導致了地球上UV-B輻射的增加，同時NMSCs和惡性黑素瘤的發病率也相應增加。更有理由塗防曬霜了，夥計們!

紫外線誘導突變的主要類型

在複製之前對DNA損傷進行有效的修複，對於防止致癌至關重要。如果這沒有發生，或者DNA受損細胞沒有通過凋亡被消除，受損細胞中的DNA病變在激活或滅活原癌基因或抑癌基因的過程中分別表達其誘變特性。[1]

紫外線損傷通過兩種不同類型的突變發生:二聚化和氧化。讓我們更詳細地討論這些。

1.二聚突變

暴露在UV-B和較小程度的UV-A射線下，會形成dna中最常見的光化學產物-環丁烷嘧啶二聚體(cpd)，以及嘧啶[6-4]嘧啶光產物(64PPs)。當兩個相鄰的嘧啶(胸腺嘧啶，TT或胞嘧啶，CC)通過它們的C=C雙鍵共價連接時，CPD產物形成。這四個碳組成了一個環(環丁烷)，環丁烷連接了兩個嘧啶，從而產生了一種通常在DNA中找不到的化學中間體。這種光化學產物在DNA中引起了結構扭結，阻止了嘧啶堿基配對，並阻止了DNA複製。與氧化突變不同，UV誘導的二聚突變來自於UV光子的直接吸收(圖1)

圖1。UV-A和UV-B光引起的紫外線誘導DNA損傷類型。

2.氧化突變

紫外線照射並不總是直接導致DNA突變。事實上，UV-A輻射通常以一種涉及光敏化的氧依賴方式破壞DNA。這導致自由基的產生，自由基與DNA堿基相互作用並氧化。在複製過程中，這些被氧化的堿基不能正確配對，導致突變(圖1)。

圖1。UV-A和UV-B光引起的紫外線誘導DNA損傷類型。

其中一個例子是活性氧(ROS)介導的G到T的轉換。鳥嘌呤氧化成8-氧基鳥嘌呤阻止了與胞嘧啶堿基對所需的氫鍵。相反，在複製過程中，8-氧鳥嘌呤可以通過兩個氫鍵與腺嘌呤形成堿基對。當第二條鏈合成時，最初被鳥嘌呤占據的基位被胸腺嘧啶取代，導致G到T的轉換。氧化突變也會導致單鏈斷裂。[1]

表1．紫外線輻射的類型以及它們引起的DNA突變的類型

什麼實驗室設備使用紫外線光源?

雖然紫外線會導致DNA損傷和灼傷，使其具有潛在危險，但它也是一把雙刃劍，因為它在生物研究中也非常有用。因此，太陽紫外線並不是紫外線引起的DNA損傷和皮膚癌的唯一問題。日光浴床以及幾種類型的實驗室設備也利用紫外線。使用紫外線光源的常見實驗室設備包括轉光器、生物安全櫃和紫外線交聯器(表2)。在某些情況下，這些設備可以發射強度更大的紫外線輻射，因此，比來自太陽的天然紫外線輻射對DNA的傷害更大。[1]

為什麼這對你在實驗室的安全很重要?

一些實驗室設備發出高強度的紫外線輻射。這是危險的，因為直接暴露在皮膚和眼睛會產生可見和痛苦的燒傷，以及無形的DNA損傷。為了您自身的安全，了解紫外線的危險，以及在實驗室中可以采取的保護自己和他人安全的預防措施是很重要的。這一點也很重要，這樣你就可以確保你的DNA和細胞樣本不會被紫外線破壞。

紫外線照射對眼睛的危害

眼睛通常是敏感器官，在紫外線照射下也不例外。角膜上皮細胞吸收UV光譜光化範圍內的光(200-320納米)，暴露在這種光化範圍內可引起光敏性角膜炎的症狀，這種症狀在最初暴露數小時後才表現出來。

光性角膜炎的症狀包括對強光敏感、流淚和眼中有沙子的感覺。這種影響通常在48小時後消失，並隨著角膜細胞的替換繼續消失。然而，這也有長期影響的風險。

雖然進入眼睛的大部分紫外線輻射被角膜吸收，但紫外線- a被眼睛的晶狀體吸收，這可能導致晶狀體中的蛋白質受損，並隨後形成白內障。

紫外線照射對皮膚的危害

皮膚過度暴露在光化範圍(200-320納米)的紫外線下，會導致與曬傷相似的症狀，包括皮膚發紅、腫脹、疼痛、起泡和脫皮。不愉快的!

許多因素也會影響紫外線照射對皮膚的損傷程度。這些因素包括藥物(如四環素)的使用、皮膚黑色素的程度以及某些食物(如無花果、酸橙、歐洲防風草和芹菜根)的光敏作用。

短期的皮膚損傷通常愈合得很快，但長期暴露在紫外線下可能會增加患皮膚癌的風險。

如何在實驗室中保護自己不受紫外線照射?

表2詳細介紹了使用不同類型紫外線輻射的實驗室設備的例子，以及它們使用的一些安全注意事項和實驗室中可以使用的紫外線替代品。

表2．使用紫外線輻射的實驗室設備的例子

為什麼在實驗室中保護DNA樣本不受紫外線輻射很重要?

含有紫外線誘導的二聚突變的質粒不太可能在大腸杆菌．二聚突變帶來的結構變化使質粒DNA可以修複酶。然而，修複過程中的錯誤通常會導致胞嘧啶取代胸腺嘧啶，從而以潛在有害的方式改變原始DNA序列，從而影響後續的實驗。

當從瓊脂糖凝膠中切割純化質粒、DNA片段或PCR產物時，動作要快!不要花30分鍾和你的凝膠在轉光器，而你小心和熟練地剪相關的波段。快速識別並去除需要的條帶，以限製DNA樣本中突變的引入。為了確保安全，在淨化後將所有東西排序!這可以為你省去很多麻煩。

更進一步，你還可以使用非紫外線盒來可視化瓊脂糖凝膠中的DNA帶。另外，現在也有凝膠淨化套件可以讓用戶“擺脫紫外線”。例如，S.N.A.P.™無紫外線凝膠純化試劑盒使用結晶紫試劑，允許在環境光下顯示瓊脂糖凝膠中的DNA。

這也消除了需要使用溴化乙錠或其他可能有問題的核酸染料。

紫外線如何破壞DNA的總結

長波長和短波長的紫外線都對DNA有損害，但損害的方式不同。短波長UV-B和UV-C光可以直接引起嘧啶的二聚，直接阻止質粒DNA的複製，或引起修複錯誤後的突變。

長波長的UV-A光通常不太直接，而是通過產生活性氧引起突變。在實驗室中，UV-A對裸露DNA的傷害較小。這就是為什麼最好使用長波長轉光器來可視化DNA帶，如果可能的話。然而，在足夠的照射下，UV-A光仍然會破壞你的DNA。

希望這篇文章不僅教會了你使用廣譜防曬霜的重要性，還教會了你紫外線破壞作用背後的化學成分。

關於紫外線和DNA突變你還有什麼問題嗎?請在評論中告訴我們。

紫外線並不是實驗室中對DNA樣本唯一的威脅，請閱讀我們的文章破壞DNA的5種方式去發現其他需要避免的事情。

參考文獻

1. 學員J, Douki t (2018)紫外線誘導的DNA損傷的形成有助於皮膚癌的發展。Photochem Photobiol Sci17(12): 1816 - 41。
2. 辛哈RP, Häder民主黨。(2002)紫外線誘導的DNA損傷與修複研究進展．Photochem Photobiol Sci1(4): 225 - 36。
3. Friedberg EC, Walker GC, Siede W, Wolfram S. (1995) DNA修複和突變。ASM出版社。
4. Koh HK, Geller AC, Miller DR, Grossbart TA, Lew RA。(1996)黑色素瘤和皮膚癌的預防和早期發現策略。當前的狀態．拱北京醫學132(4): 436 - 43。
5. 阿姆斯特朗BK，卡斯特AE。(2017)日曬與皮膚癌，以及皮膚黑素瘤之謎:恐懼的視角等。年齡和紫外線對美國白人皮膚癌發病率影響的數學模型。美國流行病學雜誌1977;105: 420 - 427。癌症的論文48:147 - 56。
6. El Ghissassi F, Baan R, straf K, Grosse Y, Secretan B, Bouvard V，等．(2009)人類致癌物綜述D部分:輻射。柳葉刀腫瘤學10(8): 751 - 2。
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8. Janssens R, Cristóvão BM，青銅MR，克雷斯波JG，佩雷拉VJ，路易斯P. (2020)利用UV-A和UV-C光源光催化在實驗室級水和合成尿中添加抗腫瘤藥物的深度氧化。工業化學學報59(2):647-53。

最初發布於2017年9月19日。2022年4月審核並更新。