Ученые из Центра ядерной энергии в сельском хозяйстве при Университете Сан-Паулу обнаружили в реке Пирасикаба, одной из главных рек штата Сан-Паулу в Бразилии, следы нескольких видов антибиотиков. В той же работе исследователи изучили, как эти вещества накапливаются в рыбе, а также проверили, может ли распространенное водное растение Salvinia auriculata снижать загрязнение.
Читайте также:
● Это происходит с каждым после 30: мозг перестает замечать время
Проект возглавила Патрисия Алешандре Эванжелиста, а финансирование обеспечил фонд FAPESP. Исследователи совместили наблюдение за состоянием окружающей среды с опытами по накоплению загрязнителей, изучением генетических повреждений у водных организмов и проверкой фиторемедиации — метода очистки среды с помощью растений. Такой подход позволил оценить экологические риски и одновременно проверить недорогие способы борьбы с загрязнением, связанным как с медициной, так и с животноводством.
Образцы брали рядом с плотиной Санта-Мария-да-Серра и водохранилищем Барра-Бонита. Это участок, где загрязняющие вещества со всего бассейна реки Пирасикаба имеют свойство скапливаться. В этот район попадают очищенные сточные воды, бытовые стоки, сельскохозяйственные смывы, а также отходы, связанные с рыбоводством и свиноводством.
Ученые исследовали воду, донные отложения и рыбу как в сезон дождей, так и в сухой период. В мониторинг вошли 12 широко применяемых антибиотиков из групп тетрациклинов, фторхинолонов, сульфаниламидов и фенолов. По словам Эванжелисты, результаты показали явную сезонность. «В сезон дождей концентрации большинства антибиотиков были ниже предела обнаружения. В сухой сезон, когда объем воды уменьшается и загрязняющие вещества концентрируются, были выявлены разные соединения».
Содержание веществ в воде измерялось в нанограммах на литр, а в донных отложениях достигало микрограммов на килограмм. Некоторые соединения, включая энрофлоксацин и сульфаниламиды, в донных отложениях оказались в более высоких концентрациях, чем сообщалось в похожих исследованиях в других странах. Как объясняют авторы, донные отложения работают как своеобразное хранилище для таких загрязнителей, поскольку в них много органического вещества и питательных элементов, в том числе фосфора, кальция и магния. Со временем эти антибиотики могут снова возвращаться в окружающую среду.
Одним из самых важных результатов стала находка хлорамфеникола в рыбе ламбари рода Astyanax, которую закупали у местных рыбаков в районе Барра-Бонита. Хлорамфеникол — это антибиотик, применение которого в животноводстве в Бразилии запрещено из-за его токсичности. Обнаружили его только в сухой сезон, причем концентрация доходила до десятков микрограммов на килограмм. Поскольку такую рыбу в этом районе часто продают и употребляют в пищу, исследование показало возможный путь попадания опасного вещества к человеку через еду.
Эванжелиста пояснила, что для лабораторных опытов были выбраны именно хлорамфеникол и энрофлоксацин, так как они важны и с экологической, и с медицинской точки зрения. Энрофлоксацин широко используется в животноводстве, в том числе в аквакультуре, а также в медицине. Хлорамфеникол, хотя и запрещен для животных, выращиваемых для пищевых целей, по-прежнему применяется у людей и рассматривается как показатель устойчивого загрязнения, пишет SciTechDaily.
Помимо выявления загрязнения, ученые проверили, может ли Salvinia auriculata, плавающее водное растение, которое часто считают сорным, помочь очистке воды. В лабораторных условиях растение подвергали воздействию энрофлоксацина и хлорамфеникола в концентрациях, близких к природным, а также в концентрациях, превышавших их в 100 раз. Для точного отслеживания движения веществ использовали соединения с радиоактивной меткой углерода-14.
Результаты показали, что Salvinia auriculata очень эффективно удаляет из воды энрофлоксацин. В вариантах с большей массой растения из воды за несколько дней исчезало более 95% этого антибиотика. Период полувыведения сокращался примерно до 2-3 дней. С хлорамфениколом картина оказалась другой. Растение удаляло лишь 30-45% вещества, а период полувыведения составлял от 16 до 20 дней, что говорит о большей устойчивости этого соединения в окружающей среде.
Снимки, полученные методом авторадиографии, показали, что оба антибиотика в основном накапливались в корнях растения. Это означает, что главную роль в очистке, вероятно, играют поглощение через корни и удержание загрязнителей в прикорневой зоне.
Отдельно исследователи изучили, как рыба усваивает эти вещества. Выяснилось, что уменьшение концентрации антибиотиков в воде не всегда вело к уменьшению их накопления в организме рыбы. Энрофлоксацин в основном оставался растворенным в воде и сравнительно быстро выводился из ламбари, его период полувыведения составлял около 21 дня. Фактор биоконцентрации у него был низким, то есть он меньше склонен накапливаться в тканях. Хлорамфеникол вел себя иначе. Он задерживался в рыбе намного дольше, более чем на 90 дней, а высокий фактор биоконцентрации указывал на более выраженное удержание в тканях.
Присутствие Salvinia auriculata также влияло на то, как рыба поглощала антибиотики. Хотя растение уменьшало содержание веществ в воде, в некоторых случаях рыба начинала усваивать их быстрее. Исследователи предполагают, что растение может частично преобразовывать антибиотики в формы, которые легче попадают в организм водных животных. Эванжелиста подчеркнула: «Это показывает, что использование растений как “губок” для загрязнителей — не такая простая задача. Присутствие макрофита меняет всю систему, включая способ контакта организма с загрязнителем».
Команда также проверила, вызывают ли антибиотики генетические повреждения у рыбы. Хлорамфеникол заметно усиливал повреждение ДНК, в том числе вызывал образование микроядер и аномалии ядер клеток крови. Однако при наличии Salvinia auriculata уровень этих повреждений снижался почти до показателей контрольной группы. Для энрофлоксацина такого выраженного защитного эффекта растение не показало.
Исследователи предполагают, что в случае с хлорамфениколом растение либо образует меньше генотоксичных побочных веществ, либо выделяет в прикорневую зону антиоксидантные соединения, которые снижают окислительный стресс у рыбы. С энрофлоксацином ситуация иная: это химически более устойчивое вещество, которое может образовывать стойкие и потенциально токсичные продукты распада, действие которых растение не нейтрализует.
Авторы работы отдельно подчеркивают, что Salvinia auriculata нельзя считать полным решением проблемы антибиотиков в воде. Исследование показало и преимущества, и ограничения такого подхода. Одна из главных трудностей — что делать с самими загрязненными растениями после очистки. Если их не убрать и не обработать должным образом, они могут снова вернуть антибиотики в воду и стать новым источником загрязнения.
Тем не менее результаты показывают, что водные растения могут стать частью недорогих природных способов очистки, особенно там, где дорогие технологии вроде озонирования и окислительных методов слишком затратны. Эванжелиста подчеркнула: «Исследование показывает, что проблема реальна, измерима и сложна. И любая стратегия борьбы с ней должна учитывать не только удаление загрязнителя, но и его биологические и экологические последствия».
Соавтор работы Валдемар Луис Торнизиэло добавил, что обнаружение следов антибиотиков в воде, донных отложениях и рыбе реки Пирасикаба показывает, насколько сильным может быть вред от человеческой деятельности. По его словам, устойчивость микроорганизмов к антибиотикам может привести к появлению в окружающей среде супербактерий. Он также отметил, что исследование дало положительные результаты в части недорогих природных решений и позволило лучше понять, как устроена работа водных экосистем и как можно снижать ущерб с помощью естественных методов.
Читайте также:
● Испанский египтолог заявил, что пирамиды Гизы построила суперцивилизация
● Ученые заявили о происхождении человека от древнего одноглазого циклопа
● Исследователи раскрыли причину оледенения Земли длиной в 56 миллионов лет