Uno studio sulla rimozione di ciprofloxacina e norfloxacina mediante phycoremediation con particolare attenzione alla tossicità acuta e alla composizione biochimica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13911 (2023) Citare questo articolo

128 accessi

Dettagli sulle metriche

La ciprofloxacina (CIP) e la norfloxacina (NOR) appartengono alla classe di contaminanti emergenti che vengono frequentemente rilevati nell'ambiente acquatico come miscela binaria, responsabile dello sviluppo di geni e batteri resistenti agli antibiotici. Questo studio si propone di indagare cinque diverse specie algali Chlorella vulgaris (Cv), Chlorella pyrenoidosa (Cp), Scenedesmus obliquus (So), Tetradesmus sp (T) e Monoraphidium sp (M) per la loro tolleranza e rimozione della miscela binaria. In questo studio vengono riportati per la prima volta gli effetti sulla composizione biochimica delle specie algali riguardanti la miscela binaria e la sua efficienza di rimozione. I valori di tossicità acuta (EC50 a 96 ore) sono nell'ordine di So > Cp > T > M > Cv, Chlorella vulgaris è la specie algale più sensibile con 17,73 ± 0,24 mg/L e Scenedesmus obliquus è la specie algale meno sensibile con 39,19 ± 0,79 mg/l. Si è scoperto che l'efficienza di rimozione della miscela binaria era nell'ordine di So > Cp > T > M > Cv, Scenedesmus obliquus ha rimosso CIP (52,4%) e NOR (87,5%) con la biodegradazione come principale meccanismo di rimozione che contribuisce. Inoltre, sono stati rilevati prodotti biotrasformati meno tossici nello Scenedesmus obliquus e la caratterizzazione biochimica ha rivelato che l'effetto di stimolazione della crescita è maggiore con lipidi (35%), carboidrati (18%) e proteine ​​(33%) fornendo un vantaggio nella produzione di biomassa preziosa.

Il consumo mondiale di antibiotici è aumentato da 635 a 674 unità per 1.000 abitanti nei paesi sviluppati e da 1.490 a 1.593 unità nei paesi in via di sviluppo1. Gli studi hanno riportato che il 50-80% degli antibiotici somministrati viene escreto attraverso le feci e l'urina come composto originario e raggiunge l'ambiente acquatico, il che ha portato allo sviluppo di geni resistenti agli antibiotici (ARG) che hanno sollevato preoccupazioni nella salute pubblica a livello globale2 . L’ARG ha causato la morte di 25.000 bambini ogni anno nei paesi dell’Unione Europea, 23.000 bambini negli Stati Uniti e 58.000 bambini in India3,4. Le acque reflue municipali sono la principale fonte di inquinamento da antibiotici rispetto alle acque reflue ospedaliere. Gli impianti di trattamento delle acque reflue (WWTP) non sono progettati per eliminare questi inquinanti, poiché l'analisi metagenomica ha rivelato che negli WWTP di 60 paesi c'è una distribuzione divergente di ARG5,6,7. L’India ha la terza più grande industria farmaceutica attiva che soddisfa il 50% della domanda di farmaci generici a livello globale ed è uno dei primi cinque paesi consumatori di prodotti farmaceutici, per il quale si prevede un aumento dell’84% entro il 20308,9. Il fluorochinolone (FQ) appartiene al terzo antibiotico più grande, rappresentando il 17% del mercato globale ed è un'importante classe di antibiotici ampiamente utilizzata per il trattamento delle infezioni respiratorie e urinarie10,11. La ciprofloxacina (CIP) e la norfloxacina (NOR) sono i FQ più frequentemente rilevati nelle acque superficiali che superano un tasso di rilevamento del 50% a livello globale a causa del loro utilizzo eccessivo ed è stato rilevato a diverse concentrazioni che vanno da ng/L a µg/L12.

Vari metodi di trattamento convenzionali e avanzati possono essere impiegati per il trattamento di questi inquinanti, ma gli elevati costi operativi e di manutenzione ne limitano l'utilizzo negli impianti di depurazione municipali. La mineralizzazione incompleta di questi contaminanti genera prodotti trasformati tossici per la comunità acquatica ed è diventata una delle principali preoccupazioni6. La biodegradazione da parte di microrganismi rappresenta un buon approccio nel trattamento di questi inquinanti con il vantaggio del rispetto ambientale e dell'economicità12,13. I FQ non sono facilmente biodegradabili negli impianti di depurazione convenzionali ma, se trattati con specie microbiche specifiche, possono essere trattati biologicamente14. Le alghe sono organismi non bersaglio per gli antibiotici e sono noti per trattare le acque reflue rimuovendo efficacemente nutrienti, inquinanti organici e metalli pesanti con il vantaggio della produzione di biomassa6,15. CIP e NOR sono testati per il phycoremediation e gli studi hanno dimostrato la capacità delle specie algali di biodegradare individualmente gli inquinanti16,17,18,19. Chlorella vulgaris (Cv), Chlorella pyrenoidosa (Cp) e Scenedesmus obliquus (So) hanno dimostrato il loro potenziale nella rimozione del CIP, 85% (Cv), 79% (Cp) e 75% (So) e per NOR, 52% (Cv), 50% (Cp) e 43% (So) con concentrazione iniziale CIP (0,029 µg/L) e NOR (0,032 µg/L) separatamente20. CIP e NOR sono stati rilevati nelle acque superficiali indiane come una miscela binaria con la concentrazione massima rilevata di 6,5 mg/L (CIP) e 0,52 mg/L (NOR)21.