2.2. Персистенция и деградация противомикробных лекарственных средств
Персистенция антимикробных препаратов в воде определяется на основе их значения периода полураспада. Например, согласно REACH (т. е. европейскому законодательству о регистрации, оценке и разрешении химических веществ), химическое вещество является стойким, если его период полураспада в морской воде составляет более 60 дней, а в пресной или эстуарной воде-40 дней. Он считается очень стойким, когда период полураспада в морской, эстуарной или пресной воде превышает 60 дней ( Goldenman et al., 2017). Значения периода полураспада для веществ, выбранных из обсуждаемых классов ДП, приведены в таблице 3. Приведенные значения периода полураспада относятся к поверхностным водам. Эти значения могут быть значительно выше (более длительный период полураспада) в случае грунтовых вод или почвы/осадков из-за нехватки или отсутствия солнечного света и аэробных условий.
Таблица 3 . Период полураспада отдельных противомикробных препаратов в поверхностных водах.
СоединениеПериод полураспада поверхностных водИсточникАмоксициллин<1-дневныйLängin et al. (2009)Азитромицин<5 чTong et al. (2011)Тилозин9,5-54 дняSarma et al. (2006)Эритромицин<17 днейSarma et al. (2006)Ципрофлоксацин<46 чCardoza et al., 2005Левофлоксацин6,3 дняLam et al. (2004)Офлоксацин10,6 днейAndreozzi et al. (2003)Норфлоксацин77 днейBurhenne et al. (1999)Сульфаметоксазол20,3 дняLam et al. (2004)Сульфаметазин<4.2Карстенс и др. (2013)Триметоприм<11.8 днейGiang et al. (2015)
Деградация антибиотиков на очистных сооружениях сточных вод или в окружающей среде регулируется несколькими процессами, которые часто могут быть взаимосвязаны. Деградация может привести к по крайней мере частичной минерализации соединения, но во многих случаях реакции деградации производят метаболиты, которые могут создать значительную экологическую проблему.
Например, метаболит амоксициллина, который представляет собой амоксициллин-S-оксид, содержащий активное β-лактамное кольцо, может приводить к развитию резистентных бактерий и даже вызывать другие возможные опасности для здоровья человека и диких или домашних животных ( Elizalde-Velázquez et al., 2016). Также для сульфаметоксазола было отмечено, что его метаболиты, модифицированные парааминогруппой, сохраняют антибактериальную активность основного соединения или проявляют большую активность ( Majewsky et al., 2014). Приведенные выше примеры показывают, что даже частично или полностью трансформированные соединения (даже если исходные соединения не обнаруживаются в окружающей среде) могут вызывать аналогичные или даже более значительные эффекты. Такой эффект связан с псевдостойкостью обсуждаемых противомикробных препаратов.
3. Экотоксичность антимикробных соединений
Экотоксичность обсуждаемых антибиотиков показана в таблице 4 . В то время как фторхинолоны, макролиды и сульфаниламиды проявляли наибольшую токсичность для водных организмов; β-лактамы с пенициллином G проявляли наиболее слабое токсическое действие.
Таблица 4 . Значения токсичности для отдельных антимикробных агентов, относящихся к водным организмам.
Класс / соединениеОрганизмПоказатель экотоксичности*, мг/лСсылкаАминогликозидныйСтрептомицинПланктонные сообщества лимнических бактерий46 (ЕС 50)Броше и Бэкхаус (2010)Daphnia magna (ракообразные)487 (LC50)Wollenberger et al. (2000)Лемна Гибба (Ряска)>1000 (EC25)Мозг и др. (2004)ГентамицинDaphnia magna (ракообразные)16.8 (EC50)Straub et al. (2012)Poecila reticulata (рыба)>0.08 (LC50)Straub et al. (2012)Synechococcus leopoliensis (цианобактерии)0.069 (EC50)Straub et al. (2012)Амикацинне доступенβ-лактамыАмоксициллинVibrio fischeri (люминесцентные бактерии)1320 (IC50)Парк и Цой (2008)Oryzias latipes (рыба)>1000 (LC50)Парк и Цой (2008)Raphidocelis subcapitata (зеленые водоросли)250 (NOEC)Lützhøft et al. (1999)Пенициллин GVibrio fischeri (люминесцентные бактерии)не достижимоГавелкова и др. (2016)Daphnia magna (ракообразные)1496.9 (EC50)Гавелкова и др. (2016)Pseudokirchneriella subcapitata (зеленые водоросли)7114.3 (IC50)Гавелкова и др. (2016)ЦефуроксимSelenastrum capricornutum (зеленые водоросли)> 91 (ЕС> 50)Рибейро и др. (2018)Активный ил (дыхательный тест)>100 (IC50)Kümmerer et al. (2004)ГликопептидыВанкомицинDaphnia magna (ракообразные)687 (EC50)Гавелкова и др. (2016)Pseudokirchneriella subcapitata (зеленые водоросли)371 (ЕС 50)Гавелкова и др. (2016)Vibrio fischeri (люминесцентные бактерии)4.4 (ЕС 20)Гавелкова и др. (2016)МакролидыАзитромицинDaphnia magna (ракообразные)120 (IC50)Vestel et al. (2016)Pseudokirchneriella subcapitata (зеленые водоросли)0.5 (IC50)Minguez et al. (2016)Скелетонема Мариной (диатомея)0.214 (IC50)Minguez et al. (2016)КларитромицинVibrio fischeri (люминесцентные бактерии)никакие эффектыIsidori et al. (2005)Daphnia magna (ракообразные)25.72 (EC50)Isidori et al. (2005)Pseudokirchneriella subcapitata (зеленые водоросли)0.002 (IC50)Isidori et al. (2005)ТилозинSelenastrum capricornutum (зеленые водоросли)0.95 (EC50)De Liguoro et al. (2003)Лемна Гибба (Ряска)0.3 (LOEC)Мозг и др. (2004)Pseudokirchneriella subcapitata (зеленые водоросли)3.8 (ЕС 50)Го и др. (2016)ЭритромицинVibrio fischeri (люминесцентные бактерии)никакие эффектыIsidori et al. (2005)Daphnia magna (ракообразные)22.45 (ЕС 50)Isidori et al. (2005)Pseudokirchneriella subcapitata (зеленые водоросли)0.02 (IC50)Isidori et al. (2005)ФторхинолоныЦипрофлоксацинДанио рерио (zebrafish)1407 (MNLC)
1949 (LC10)Shen et al. (2019)Морские биопленки (тест-система SWIFT periphyton)0.16 (EC50)
0.009 (NOEC)Johansson et al. (2014)Chlamydomonas mexicana (зеленые водоросли)65 (IC50)Xiong et al. (2017a)ЛевофлоксацинPseudokirckneriella subcapitata (зеленые водоросли)0.93 (EC 10)
4.5 (EC 20 )
>120 (EC> 50)Гонсалес-Плейтер и др. (2013)Anabaena sp. (цианобактерия)1.1 (ЕС 10 )
1.9 (ЕС 20 )
4.8 (ЕС 50)Гонсалес-Плейтер и др. (2013)Chlorella vulgaris (зеленые водоросли)58.6 (IC50)Xiong et al. (2017b)НорфлоксацинPseudokirchneriella subcapitata (зеленые водоросли)10.9 (IC 10 )
20.6 (IC 20)
>80 (IC> 50)Гонсалес-Плейтер и др. (2013)Anabaena sp. (цианобактерия)1.2 (ЕС 10)
2.1 (ЕС 20 )
5.6 (ЕС 50)Гонсалес-Плейтер и др. (2013)Chlorella vulgaris (зеленые водоросли)10.4 (IC50)
4.02 (NOEC)Eguchi et al. (2004)ОфлоксацинPseudomonas putida (бактерии)0.11 (EC50)Carbajo et al. (2015)Pimephales promelas (рыба)>10 (NOEC)Robinson et al. (2005)Ceriodaphnia dubia (ракообразные)1.05-7.82 (EC 50)Isidori et al. (2005)ЦипрофлоксацинДанио рерио (zebrafish)1407 (MNLC)
1949 (LC10)Shen et al. (2019)Daphnia magna (ракообразные)10 (NOEC)Robinson et al. (2005)Лемна минор (Ряска)0.203 (IC50)Robinson et al. (2005)Сульфонамиды и триметопримСульфаметоксазолЛемна Гибба (Ряска)0.000010 (NOEC_7d)Мозг и др. (2004)Лемна минор (Ряска)0.21 (IC50)Białk-Bielińska et al. (2011)Vibrio fischeri (люминесцентные бактерии)> 1.5 (EC> 50)Van der Grinten et al. (2010)Pseudokirchneriella subcapitata (зеленые водоросли)>9.0 (IC50)Van der Grinten et al. (2010)Selenastrum capricornutum (зеленые водоросли)1.53 (IC50)
0.614 (NOEC)Eguchi et al. (2004)Данио рерио (zebrafish)>100 (LC50)Тернес и Джосс (2006)Microcystis aeruginosa (цианобактерии)0.55 (EC50)Van der Grinten et al. (2010)СульфапиридинVibrio fischeri
(люминесцентные бактерии)27.4 (EC50)García-Galán et al. (2012)Scenedesmus vacuolatus (зеленые водоросли)5.3 (IC50)Białk-Bielińska et al. (2011)Лемна минор (Ряска)0.46 (IC50)Białk-Bielińska et al. (2011)СульфаметазинVibrio fischeri (люминесцентные бактерии)303 (EC 50; 5 мин)Ким и др. (2007)Daphnia magna (ракообразные)159 (EC50)Ким и др. (2007)Oryzias latipes (рыба)>100 (LC50)Ким и др. (2007)ТриметопримSelenastrum capricornutum (зеленые водоросли)80 (IC50)
25.5 (NOEC)Eguchi et al. (2004)Microcystis aeruginosa (цианобактерии)112 (ЕС 50)Välitalo et al. (2017)Pseudokirchneriella subcapitata (зеленые водоросли)84 (EC50)Välitalo et al. (2017)ТетрациклиныДоксициклинЛемна Гибба (Ряска)0.316 (IC50)Мозг и др. (2004)ОкситетрациклинRaphidocelis subcapitata (зеленые водоросли)3.1 (IC50)Зоункова и др. (2011)Oryzias latipes (рыба)110 (LC50)Парк и Цой (2008)Daphnia magna (ракообразные)621 (EC50)Парк и Цой (2008)ТетрациклинЛемна Гибба (Ряска)0.723 (IC50)Мозг и др. (2004)Daphnia magna (ракообразные)340 (NOEC)Wollenberger et al. (2000)Vibrio fischeri (люминесцентные бактерии)6.7 (EC50)Гавелкова и др. (2016)
* EC 50-эффективная концентрация загрязняющего вещества, которая вызывает ответную реакцию у 50% населения; IC 50-ингибирующая концентрация - концентрация загрязняющего вещества, которая вызывает 50% ингибирование процесса (роста, активности и т.д.); LC 50-летальная концентрация, наблюдаемая у 50% населения; NOEC-ненаблюдаемая концентрация эффекта-наибольшая концентрация антимикробного агента, не оказывающего никакого действия в интоксикированных организмах.