Исследование выведения ципрофлоксацина и норфлоксацина путем фикоремедиации с акцентом на острую токсичность и биохимический состав.

Том 13 научных докладов, номер статьи: 13911 (2023) Цитировать эту статью

128 доступов

Подробности о метриках

Ципрофлоксацин (CIP) и норфлоксацин (NOR) относятся к классу новых загрязнителей, которые часто обнаруживаются в водной среде в виде бинарной смеси, ответственной за развитие генов, устойчивых к антибиотикам, и бактерий, устойчивых к антибиотикам. Целью данного исследования является изучение пяти различных видов водорослей Chlorella vulgaris (Cv), Chlorellapyrenoidosa (Cp), Scenedesmus obliquus (So), Tetradesmus sp (T) и Monoraphidium sp (M) на предмет их устойчивости и удаления бинарной смеси. В этом исследовании впервые сообщается о влиянии бинарной смеси на биохимический состав видов водорослей и эффективности ее удаления. Значения острой токсичности (96 ч EC50) находятся в порядке So > Cp > T > M > Cv, Chlorella vulgaris является наиболее чувствительным видом водорослей с 17,73 ± 0,24 мг/л, а Scenedesmus obliquus является наименее чувствительным видом водорослей с 39,19. ± 0,79 мг/л. Было обнаружено, что эффективность удаления бинарной смеси находится в порядке So > Cp > T > M > Cv. Scenedesmus obliquus удаляет CIP (52,4%) и NOR (87,5%), причем биоразложение является основным механизмом удаления. Кроме того, у Scenedesmus obliquus были обнаружены менее токсичные биотрансформируемые продукты, а биохимическая характеристика показала, что ростстимулирующий эффект выше у липидов (35%), углеводов (18%) и белков (33%), что обеспечивает преимущество в продукции ценная биомасса.

Мировое потребление антибиотиков выросло с 635 до 674 единиц на 1000 населения в развитых странах и с 1490 до 1593 единиц в развивающихся странах1. Исследования показали, что 50–80% введенных антибиотиков выводятся через фекалии и мочу в качестве исходного соединения и достигают водной среды, что привело к развитию генов, устойчивых к антибиотикам (ARG), что вызвало обеспокоенность в области общественного здравоохранения во всем мире2. . АРГ ежегодно приводит к смерти 25 000 младенцев в странах Европейского Союза, 23 000 младенцев в США и 58 000 младенцев в Индии3,4. Муниципальные сточные воды являются основным источником загрязнения антибиотиками по сравнению со сточными водами больниц. Сооружения по очистке сточных вод (ОСВ) не предназначены для устранения этих загрязнителей, поскольку метагеномный анализ показал, что на очистных сооружениях 60 стран наблюдается различное распределение АРГ5,6,7. Индия имеет третью по величине действующую фармацевтическую промышленность, удовлетворяющую 50% мирового спроса на непатентованные лекарства, и входит в пятерку крупнейших стран-потребителей фармацевтических препаратов, рост которых, по прогнозам, к 2030 году составит 84%8,9. Фторхинолоны (FQ) принадлежат к третьему по величине антибиотику, на долю которого приходится 17% мирового рынка, и это важный класс антибиотиков, который широко используется для лечения респираторных и мочевых инфекций10,11. Ципрофлоксацин (CIP) и норфлоксацин (NOR) являются наиболее часто обнаруживаемыми FQ в поверхностных водах, уровень обнаружения которых превышает 50% во всем мире из-за их чрезмерного использования, и он был обнаружен в различных концентрациях в диапазоне от нг/л до мкг/л12.

Для очистки этих загрязнителей можно использовать различные традиционные и современные методы очистки, но высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание ограничивают их использование на городских очистных сооружениях. Неполная минерализация этих загрязнителей приводит к образованию трансформированных продуктов, токсичных для водного сообщества, и это стало серьезной проблемой6. Биодеградация микроорганизмами является хорошим подходом к очистке этих загрязнителей, поскольку он экологически безопасен и экономически эффективен12,13. FQ не поддаются легкому биологическому разложению на обычных очистных сооружениях, но при обработке определенными видами микробов FQ могут подвергаться биологической очистке14. Водоросли не являются целевыми организмами для антибиотиков и, как известно, эффективно очищают сточные воды, удаляя питательные вещества, органические загрязнители и тяжелые металлы с преимуществом производства биомассы6,15. CIP и NOR тестируются на фикоремедиацию, и исследования показали способность видов водорослей биоразлагать загрязняющие вещества индивидуально16,17,18,19. Chlorella vulgaris (Cv), Chlorellapyrenoidosa (Cp) и Scenedesmus obliquus (So) продемонстрировали свой потенциал в удалении CIP, 85% (Cv), 79% (Cp) и 75% (So), а также NOR - 52%. (Cv), 50% (Cp) и 43% (So) с исходной концентрацией CIP (0,029 мкг/л) и NOR (0,032 мкг/л) отдельно20. CIP и NOR были обнаружены в поверхностных водах Индии в виде бинарной смеси с максимальной обнаруженной концентрацией 6,5 мг/л (CIP) и 0,52 мг/л (NOR)21.