Применение пульса

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 7354 (2022) Цитировать эту статью

1334 Доступа

2 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Доксициклин (ДОКС), антибиотик, широко используемый в медицине и ветеринарии, часто обнаруживается в природных водоемах. Воздействие на бактерии остатков DOX оказывает селективное давление, приводящее к частому появлению генетических детерминант, устойчивых к DOX, среди микроорганизмов, включая вирулентные патогены человека. Ввиду ограниченности доступных терапевтических возможностей мы разработали реакционно-разрядную систему непрерывного действия, генерирующую импульсно-модулированный радиочастотный тлеющий разряд атмосферного давления (pm-rf-APGD), предназначенный для удаления DOX из жидких растворов. В процедуре оптимизации были реализованы план эксперимента и методология поверхности отклика. Эффективность удаления DOX составила 79 ± 4,5%, а полученные продукты разложения были идентифицированы методами высокоэффективной жидкостной хроматографии – диодно-матричного детектирования, жидкостной хроматографии, четырехкратной времяпролетной масс-спектрометрии, сверхэффективной жидкостной хроматографии – тандемной масс-спектрометрии, общий органический углерод, общий азот, методы Фурьера с ослабленным полным отражением – инфракрасные и методы на основе УФ/Вид. Раствор ДОКС, обработанный pm-rf-APGD, из-за образования активных форм кислорода и азота либо утратил антимикробные свойства по отношению к Escherichia coli ATCC25922, либо значительно снизил на 37% и 29% биоцидную активность по отношению к Staphylococcus haemolyticus ATCC29970 и Staphylococcus aureus ATCC25904. соответственно. Прогнозируется будущее внедрение этой эффективной и экологически чистой технологии разложения антибиотиков в системы очистки сточных вод.

Повышение устойчивости к антибиотикам среди вирулентных патогенов человека в настоящее время является одной из наиболее тревожных медицинских угроз. Это связано с тем, что эти препараты часто назначают ошибочно или вводят в неадекватных дозах. Во многих странах антибиотики также находят применение в профилактических нелечебных целях или для стимулирования роста животных. Например, в США 50% из 22 700 тонн этих веществ, производимых ежегодно, используется в животноводстве, сельском хозяйстве и акваферме1. Вследствие высоких объемов производства и применения эти соединения, как в местной, так и в метаболизированной форме, могут попадать в поверхностные воды, грунтовые воды или отложения вместе со смывами с полей, а также в прямые сбросы животноводства/пищевой промышленности и лишь частично очищаться. муниципальные, медицинские или фармацевтические сточные воды2. Необходимо учитывать, что обычные очистные сооружения неэффективны в разложении этой группы препаратов. Из-за мощного биоцидного действия этих веществ вызванные антибиотиками изменения в популяции бактерий, присутствующих в системе очистки сточных вод, могут снизить эффективность процессов разложения органических веществ. Когда полу- или неразложившиеся антибиотики попадают в естественную среду, несмотря на нарушения реакции нитрификации3, следует подозревать неблагоприятное воздействие на ранние стадии развития водных организмов4, нарушения биоразнообразия микробных сообществ5 и приобретение устойчивости к этим молекулам6. происходит. Подверженность селективному давлению сублетальных доз антибиотиков приводит к отбору природных популяций бактерий, несущих генетические детерминанты, связанные с устойчивостью. Эти гены или кластеры генов передаются либо вертикально, либо горизонтально, причем последний подход предполагает использование плазмид, мобильных генетических элементов или бактериофагов7. Приобретение этих генетических кассет может также происходить путем поглощения свободной ДНК7. Таким образом, устойчивость к антибиотикам, которая обычно обнаруживается у микроорганизмов водного или почвенного происхождения6, передается и накапливается у резистентных или множественно-резистентных к лекарственным средствам патогенов человека, таких как Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus pneumoniae, Salmonella sp. Escherichia coli, Acinetobacter baumanii, Enterocccus sp., Clostridium difficile и др.8. По этой причине антибиотики, в том числе доксициклин (α-6-дезоксиокситетрациклин; DOX), рассматриваются как новые загрязнители, которые создают новые проблемы с точки зрения их эффективного удаления. Из-за отсутствия соответствующих правил по качеству воды присутствие этих веществ, безусловно, представляет серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека9.