Ученые нашли в реках и рыбе следы запрещенных антибиотиков

В реке Пирасикаба, являющейся одной из ключевых водных артерий штата Сан-Паулу, учёными из Центра ядерной энергии в сельском хозяйстве при местном университете были выявлены несколько видов антибиотиков. В рамках данного исследования специалисты изучили процесс аккумуляции этих веществ в рыбе, а также провели оценку потенциала растения Salvinia auriculata в контексте снижения уровня загрязнения.

Проект осуществлялся под руководством Патрисии Алешандре Эванжелисты при финансовой поддержке фонда FAPESP. Учёные занимались исследованием экологического состояния региона, проведением экспериментов по аккумуляции загрязняющих веществ и анализом генетических изменений у водных организмов. Особое внимание было уделено методу фиторемедиации, который включает использование растений для очистки окружающей среды. Этот подход позволил оценить экологические риски и определить экономически целесообразные методы борьбы с загрязнением, вызванным медицинскими и сельскохозяйственными отходами.

Образцы для анализа были взяты в районе плотины Санта-Мария-да-Серра и водохранилища Барра-Бонита, где происходит накопление различных загрязнителей. В этот район поступают очищенные сточные воды, бытовые отходы, сельскохозяйственные остаточные продукты, а также отходы рыбоводства и свиноводства.

Исследования включали анализ водных проб, донных отложений и рыбных образцов как в период дождей, так и в период засухи. В результате были обнаружены 12 широко применяемых антибиотиков, включая тетрациклины, фторхинолоны, сульфаниламиды и фенолы. Эванжелиста подчеркнула, что уровень загрязнения имеет сезонный характер: в дождливый сезон концентрации большинства антибиотиков находились ниже предела обнаружения, тогда как в сухой сезон, при уменьшении объёма воды, их содержание увеличивалось.

Концентрации веществ в воде измерялись в нанограммах на литр, а в донных отложениях — в микрограммах на килограмм. Некоторые антибиотики, такие как энрофлоксацин и сульфаниламиды, аккумулировались в донных отложениях в значительно более высоких концентрациях по сравнению с данными предыдущих исследований. Донные отложения играют роль хранилища загрязнителей благодаря высокому содержанию органического вещества и питательных элементов.

Ключевым открытием стало обнаружение хлорамфеникола в рыбе рода Astyanax, вылавливаемой местными рыбаками в Барра-Бонита. Несмотря на запрет использования данного антибиотика в животноводстве в Бразилии из-за его токсичности, его концентрация в рыбе достигала десятков микрограммов на килограмм в сухой сезон. Это указывает на возможный путь попадания опасного вещества в пищевые цепи людей.

Эванжелиста пояснила, что для проведения лабораторных экспериментов были выбраны хлорамфеникол и энрофлоксацин ввиду их значимости с экологической и медицинской точек зрения. Энрофлоксацин широко применяется в животноводстве и медицине, тогда как хлорамфеникол запрещён для животных, но используется у людей и служит индикатором устойчивого загрязнения.

Учёные также исследовали потенциал растения Salvinia auriculata в процессе очистки воды. В лабораторных условиях растение подвергалось воздействию энрофлоксацина и хлорамфеникола как в естественных концентрациях, так и в концентрациях, превышающих естественные в 100 раз. Для отслеживания перемещения веществ использовалась радиоактивная метка углерода-14. Полученные результаты показали, что Salvinia auriculata эффективно удаляет энрофлоксацин, тогда как с хлорамфениколом ситуация иная: растение поглощало лишь 30–45% вещества.

Снимки, полученные методом авторадиографии, продемонстрировали, что антибиотики накапливаются в корнях растения, что указывает на основную роль поглощения через корни и удержания загрязнителей в прикорневой зоне.

Исследование также показало, что процесс усвоения антибиотиков рыбой не всегда зависит от их концентрации в воде. Энрофлоксацин быстро выводился из организма рыбы ламбари, тогда как хлорамфеникол накапливался в тканях, свидетельствуя о его способности к аккумуляции.

Присутствие Salvinia auriculata оказывало влияние на скорость усвоения антибиотиков рыбой. В некоторых случаях рыба поглощала их быстрее. Исследователи предположили, что растение может преобразовывать антибиотики в формы, которые легче проникают в организм.

Эванжелиста отметила, что использование растений для очистки является сложной задачей, поскольку их присутствие изменяет всю систему взаимодействия организмов с загрязнителями.

Учёные также исследовали влияние антибиотиков на генетические изменения у рыбы. Хлорамфеникол усиливал повреждение ДНК, но в присутствии Salvinia auriculata повреждения уменьшались. Для энрофлоксацина такой эффект не наблюдался.

Исследователи предположили, что Salvinia auriculata либо образует меньше генотоксичных соединений, либо выделяет антиоксиданты, снижающие окислительный стресс у рыбы. С энрофлоксацином ситуация иная, так как он может образовывать стойкие и токсичные продукты распада.

Авторы пришли к выводу, что Salvinia auriculata не может считаться универсальным решением проблемы загрязнения воды антибиотиками. Однако результаты исследования демонстрируют, что водные растения могут быть эффективным и экономически целесообразным компонентом методов очистки, особенно в регионах, где применение дорогостоящих технологий невозможно.

Эванжелиста подчеркнула, что проведённое исследование подтвердило реальность и сложность проблемы. Любая стратегия борьбы с загрязнением должна учитывать не только удаление загрязнителей, но и их биологические и экологические последствия.

Соавтор работы Валдемар Луис Торнизиэло отметил, что обнаружение антибиотиков в воде, донных отложениях и рыбе реки Пирасикаба свидетельствует о значительном вреде, который может нанести человеческая деятельность. Устойчивость микроорганизмов к антибиотикам может привести к появлению супербактерий. Исследование также показало, что использование природных методов может быть эффективным и способствовать лучшему пониманию функционирования водных экосистем.