Рентгенограмма рыбы ламбари, зараженной энрофлоксацином, меченным радиоактивным изотопом углерода-14, демонстрирует цветовую градацию — от низкого (синий) до высокого (красный) уровня сигнала. Фото: Патрисия Александер Евангелиста.
Группа исследователей из Центра ядерной энергии в сельском хозяйстве Университета Сан-Паулу (CENA-USP) обнаружила присутствие нескольких классов антибиотиков в реке Пирасикаба, являющейся ключевой водной артерией штата Сан-Паулу, Бразилия. Опубликованные в журнале Environmental Sciences Europe данные свидетельствуют о том, что данные вещества не просто циркулируют в водной среде, но и аккумулируются в тканях рыб. В рамках работы команда также апробировала использование широко распространенного в регионе водного растения Salvinia auriculata для снижения уровня загрязнения.
Исследование, проведенное Патрисией Александер Евангелиста при финансовой поддержке FAPESP, включает в себя целый ряд методологических подходов. Среди них — мониторинг состояния окружающей среды, изучение процессов биоаккумуляции загрязнителей в живых организмах, анализ генетических повреждений у водных обитателей, а также эксперименты по фиторемедиации с использованием растений. Такая комплексная стратегия позволяет ученым глубже осмыслить масштаб проблемы и одновременно выявить потенциальные пути ее решения, связанные с загрязнением, вызванным применением как человеческих, так и ветеринарных фармацевтических препаратов.
Причины загрязнения и сезонные закономерности
Отбор проб производился вблизи плотины Санта-Мария-да-Серра, неподалеку от водохранилища Барра-Бонита — зоны, через которую транзитом проходят загрязняющие вещества со всего бассейна реки. Данный район получает воду из очищенных сточных вод, а также стоки, образующиеся в результате аквакультуры, свиноводства и сельскохозяйственной деятельности.
Ученые проанализировали пробы воды, донных отложений и рыбы как в сезон дождей, так и в засушливый период. В ходе анализа отслеживалось содержание 12 широко используемых антибиотиков, относящихся к группам тетрациклинов, фторхинолонов, сульфонамидов и фенолов. «Результаты демонстрируют ярко выраженную сезонную динамику. В дождливый сезон концентрация большинства антибиотиков находилась ниже пределов обнаружения. Однако в засушливый сезон, когда объемы воды уменьшаются и загрязняющие вещества концентрируются, были выявлены различные соединения», — поясняет Евангелиста.
Зафиксированные уровни варьировались от нанограммов на литр воды до микрограммов на килограмм осадка. Среди обнаруженных антибиотиков — энрофлоксацин и некоторые сульфаниламиды, причем их концентрации оказались выше, чем те, что сообщались в ряде аналогичных международных исследований.
е. В результате образования богатых органических и питательных веществ, таких как фосфор, кальций и магний, они могут хранить эти соединения и сохранять их в течение некоторого времени, чтобы высвободить их обратно в окружающую среду.
Запрещенный антибиотик в рыбе
«Одним из наиболее важных результатов исследования стало обнаружение хлорамфеникола в рыбе ламбари (Astyanax sp.), пойманной у местных рыбаков в регионах Барра Бонита. Хлорамфеникол — это антибиотики, применение которых в животноводстве запрещено в Бразилии именно из-за риска, связанного с его токсичностью», — сказал он. — констатирует исследователь.
Это вещество появлялось только в засушливый сезон, в количестве микрограмм на килограмм. Поскольку рыба ламбари широко потребляется в регионах, это вызывает опасения по поводу возможного воздействия антибиотиков через пищу.
Евангелиста, что хлорамфеникол и энрофлоксацин были выбраны для детальных лабораторных экспериментов из-за их важности как для окружающей среды, так и для здоровья человека. «Энрофлоксацин широко применяется в животноводстве, включая аквакультуру, а также в медицине. Хлорамфеникол, с другой стороны, до сих пор используется людьми, несмотря на то, что он запрещен для употребления в пищу животным, и служит историческим маркером стойкого заражения», — сказал он. она мама.
Можно ли водные растения удалять антибиотики?
Команда также изучила, может ли Salvinia auriculata , плавающее растение, которое часто считают инвазивным, помочь жидкостной загрязненной воде.
В контролируемых экспериментах растения наблюдались на закате с типичными для окружающей среды концентрациями, а также уровнями энрофлоксацина и хлорамфеникола, в 100 раз превышающими их. Соединения, меченные радиоактивным изотопом-14, используются для точного определения того, как антибиотики передаются через воду, растения и рыбу.
«Результаты промышленной эффективности сальвинии в выведении энрофлоксацина. При обработке с более высокой биомассой растений более 95% антибиотика удалялось из воды в течение нескольких дней. Период полураспада соединений сократился примерно до двух-трех дней. В случае применения хлорамфеникола выведение было более медленным и частным. Растение способно удалить из воды от 30% до 45% антибиотиков, период полураспада которого составляет от 16 до 20 дней, что указывает на большую стойкость соединений во внешней среде», — сказал он. сообщает исследователь.
Методы визуализации проявления, согласно которым антибиотики в основном накапливаются в верхних растениях, позволяют предположить, что корневая абсорбция и фильтрация играют ключевую роль.
Комплексное воздействие на воздействие рыбы
Одно из наиболее сложных открытий касалось того, как эти антибиотики ведут себя внутри рыбы. Эксперименты показали, что снижение количества антибиотиков в воде не всегда влияет на их отношение к рыбе.
Энрофлокса имела незначительное растворение в воде и сравнительно быстро выводилась из рыбы ламбари, с периодом полураспада около 21 дня и низким уровнем накопления в тканях. Хлорамфеникол вел себя совсем по-другому. В рыбе он продолжается гораздо дольше, с периодом полураспада, превышающим 90 дней, и независимой тенденцией к накоплению в тканях.
Присутствие Salvinia auriculata изменило этот динамик. Хотя растения снижали уровень антибиотиков в воде, иногда оно увеличивало скорость их распространения рыбой. Единственный из возможных запросов заключается в том, что таблица изменяет химическую форму антибиотиков, периодически меняя их обучение рыбами.
"Это показывает, что использование растений в качестве «губок» для загрязнения – нетривиальное дело. Присутствие макрофитов меняет всю систему, включая способ контакта организма с загрязнителем», — сказал он. – отмечает Евангелиста.
Повреждение ДНК у рыб и потенциальная защита
В ходе обучения также изучались генетические повреждения рыб. Хлорамфеникол значительно увеличил повреждение ДНК, что привело к изменениям в клетках крови, таким как микроядра и другие аномалии. Однако в наличии Salvinia auriculata это снижение уменьшилось и было заметно на уровнях наблюдения в контрольных группах. Что касается энрофлоксацина, то растение не оказало значительного влияния на развитие заболеваний дыхательных путей.
"Интерпретация, которую мы предлагаем, заключается в том, что в случае хлорамфеникола растение может производить меньше генотоксичных продуктов или популярных антиоксидантных соединений в ризосфере, снижая окислительный стресс у рыб. С другой стороны, энрофлоксацин более стабилен и может продуцировать стойкие и безопасные метаболиты, действие которых не нейтрализуется макрофитом». — комментирует исследователь.
Перспективы и ограничения ожидания решений
Евангелиста изобретатель, что Salvinia auriculata не является простой проблемой загрязнения антибиотиками. Хотя он показывает потенциал, существуют серьезные ограничения. Одна из проблем заключается в том, как обращаться с растением после того, как оно проглатывает загрязняющие вещества. Если биомассу не удалять и не обрабатывать таким образом, антибиотики могут обратно повлиять на окружающую среду.
Несмотря на это, водные растения могут представлять собой недорогой природный вариант загрязнения, особенно в местах, где передовые методы очистки, такие как озонирование или другие окислительные процессы, слишком дороги.
"Исследование показывает, что проблема реальна, измерена и сложна. При любой стратегии решения этой проблемы необходимо учитывать не только удаление загрязнителя, но также его биологические и экологические последствия», — сказал он. — заключает исследователь.
Растущая тревога по поводу окружающей среды и общественного здравоохранения
"Обнаружение элементов антибиотиков в воде, отложениях и рыбной реке Пирасикаба показывает, что, безусловно, вредной деятельностью человека может быть. Устойчивость воздействия к антибиотикам может привести к появлению супербактерий в окружающей среде. Исследование дало положительные результаты благодаря недорогим экологическим решениям и лучшему пониманию комплексного функционирования морской экосистемы и использованию эффективных природных методов для смягчения воздействия», — сказал он. — добавил Вальдемар Луис Торнисело, руководитель исследований Евангелистов и соавтор статьи.
Молекулы с радиоактивной меткой, используемые в производстве, были предоставлены Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ).