Ever since x-rays were shown to induce mutation in Drosophila more than 70 years ago, prevailing dogma considered the genotoxic effects of ionizing radiation, such as mutations and carcinogenesis, as being due mostly to direct damage to the nucleus. Although there was indication that alpha particle traversal through cellular cytoplasm was innocuous, the full impact remained unknown. The availability of the microbeam at the Radiological Research Accelerator Facility of Columbia University made it possible to target and irradiate the cytoplasm of individual cells in a highly localized spatial region. By using dual fluorochrome dyes (Hoechst and Nile Red) to locate nucleus and cellular cytoplasm, respectively, thereby avoiding inadvertent traversal of nuclei, we show here that cytoplasmic irradiation is mutagenic at the CD59 (S1) locus of human–hamster hybrid (A L ) cells, while inflicting minimal cytotoxicity. The principal class of mutations induced are similar to those of spontaneous origin and are entirely different from those of nuclear irradiation. Furthermore, experiments with radical scavenger and inhibitor of intracellular glutathione indicated that the mutagenicity of cytoplasmic irradiation depends on generation of reactive oxygen species. These findings suggest that cytoplasm is an important target for genotoxic effects of ionizing radiation, particularly radon, the second leading cause of lung cancer in the United States. In addition, cytoplasmic traversal by alpha particles may be more dangerous than nuclear traversal, because the mutagenicity is accomplished by little or no killing of the target cells.

Airborne-mediated microbial diseases such as influenza and tuberculosis represent major public health challenges. A direct approach to prevent airborne transmission is inactivation of airborne pathogens, and the airborne antimicrobial potential of UVC ultraviolet light has long been established; however, its widespread use in public settings is limited because conventional UVC light sources are both carcinogenic and cataractogenic. By contrast, we have previously shown that far-UVC light (207-222 nm) efficiently inactivates bacteria without harm to exposed mammalian skin. This is because, due to its strong absorbance in biological materials, far-UVC light cannot penetrate even the outer (non living) layers of human skin or eye; however, because bacteria and viruses are of micrometer or smaller dimensions, far-UVC can penetrate and inactivate them. We show for the first time that far-UVC efficiently inactivates airborne aerosolized viruses, with a very low dose of 2 mJ/cm2 of 222-nm light inactivating >95% of aerosolized H1N1 influenza virus. Continuous very low dose-rate far-UVC light in indoor public locations is a promising, safe and inexpensive tool to reduce the spread of airborne-mediated microbial diseases.

We have previously shown that 207-nm ultraviolet (UV) light has similar antimicrobial properties as typical germicidal UV light (254 nm), but without inducing mammalian skin damage. The biophysical rationale is based on the limited penetration distance of 207-nm light in biological samples (e.g. stratum corneum) compared with that of 254-nm light. Here we extended our previous studies to 222-nm light and tested the hypothesis that there exists a narrow wavelength window in the far-UVC region, from around 200-222 nm, which is significantly harmful to bacteria, but without damaging cells in tissues. We used a krypton-chlorine (Kr-Cl) excimer lamp that produces 222-nm UV light with a bandpass filter to remove the lower- and higher-wavelength components. Relative to respective controls, we measured: 1. in vitro killing of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) as a function of UV fluence; 2. yields of the main UV-associated premutagenic DNA lesions (cyclobutane pyrimidine dimers and 6-4 photoproducts) in a 3D human skin tissue model in vitro; 3. eight cellular and molecular skin damage endpoints in exposed hairless mice in vivo. Comparisons were made with results from a conventional 254-nm UV germicidal lamp used as positive control. We found that 222-nm light kills MRSA efficiently but, unlike conventional germicidal UV lamps (254 nm), it produces almost no premutagenic UV-associated DNA lesions in a 3D human skin model and it is not cytotoxic to exposed mammalian skin. As predicted by biophysical considerations and in agreement with our previous findings, far-UVC light in the range of 200-222 nm kills bacteria efficiently regardless of their drug-resistant proficiency, but without the skin damaging effects associated with conventional germicidal UV exposure.