Ученые решают проблемы загрязнения антибиотиками почвы и воды

Ученые Иркутского национального исследовательского технического университета успешно реализуют проект в области фиторемедиации — очистки сточных вод и водных объектов, грунтов и атмосферного воздуха с использованием растений, получивший грантовую поддержку Ученого совета ИРНИТУ «Техногенные риски Байкальского региона».

Научный коллектив под руководством заведующего кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности ИРНИТУ, доктора технических наук, академика Российской Академии Естествознания Светланы Семеновны Тимофеевой провел исследовательскую работу, благодаря которой можно сделать серьезный шаг в решении актуальной мировой проблемы – загрязнения антибиотиками окружающей среды.

Посвященный этой теме доклад «Ветеринарные пенициллины и их фитотоксичность» будет представлен на II-ом Международном научно-практическом форуме по передовым достижениям в науке и технике SciTech 2022, который пройдет 24 - 25 февраля 2022 г. в очном и онлайн форматах на площадках организаторов - Ассоциации поддержки научных исследований (г. Барнаул, Россия) и Пензенского государственного технологического университета (г. Пенза, Россия).

Активное использование в настоящее время антибиотиков для лечения людей, животных, домашнего скота и аквакультуры от инфекционных заболеваний приводит к тому, что после применения остаточные их количества с твердыми и жидкими отходами оказываются в природной среде и создают потенциальные экологические риски непосредственно для человека, животных и компонентов биоценозов. Возрастающий спрос на животный белок также стимулирует применение интенсивных форм антибиотиков в сельском хозяйстве, что приводит к их накоплению в продуктах животного происхождения и, в итоге, к устойчивости организмов к антибиотикам.

Негативное влияние остатки антибиотиков, накапливающиеся в почвах и водных объектах, оказывают на урожайность сельскохозяйственных угодий. Они абсорбируются растениями, тем самым вмешиваясь в физиологические процессы и вызывая потенциальные экотоксикологические эффекты. Многочисленные тесты на хроническую и острую токсичность выявили влияние антибиотиков на фотосинтез и митохондрии растений, а также замедленное прорастание или снижение биомассы сельхозкультур.

Обратившись к данной проблеме, ученые ИРНИТУ решили выяснить, какими фитоксичными свойствами обладает антибиотик бициллин, используемый часто в медицинской практике, в том числе ветеринарии. В своей работе они использовали бициллин-3 – комбинированный антибактериальный препарат группы пенициллинов. Его относят к пенициллинам природного происхождения.

В качестве тест-организмов при испытании фитотоксичности бициллина использовали семена технической конопли Cannabis sativa L. 1753, которую планируют высаживать на землях Иркутской области, кресс-салата Lepidium sativum L. 1753, известного как маркера антибиотикового загрязнения, риса посевного Oryza sativa L. 1753, как потенциального компонента растительных микробных элементов, а также водного растения элодеи канадской Elodea Canadensis M., отбор которой производили на реке Ангаре.

В частности, у элодеи выбирали верхушечную часть побегов длиной 5 см, помешали ее в колбы 500 мл вместе с исследуемым раствором бициллина и экспонировали в лаборатории при комнатной температуре. Через 3-7 суток измеряли длину побегов и оценивали прирост в процентном соотношении к исходным параметрам, то есть контрольным размерам растения. Кроме того, через 1, 3, 5 и 7 суток раствор фильтровали и оценивали концентрацию бициллина по ультрафиолетовому поглощению при 290 нм. Количественную оценку проводили с помощью спектрофотометра Shimadzu UV-1800, а концентрацию антибиотика определяли по градуировочному графику.

В ходе исследовательской работы ученые ИРНИТУ определили, что бициллин токсичен для кресс-салата в диапазоне концентраций от 0,5 до 100 мг/л, и малотоксичен для риса и конопли. При этом высокая концентрация бициллина в почве стимулирует рост корней данных растений.

При оценке воздействия на ростовые реакции элодеи канадской было установлено, что в области исследованных концентраций от 5 до 100 мг/л в рамках эксперимента наблюдается ингибирование или подавление активности роста побегов элодеи. В то же время на протяжении 7 суток было замечено снижение концентрации бициллина в водной среде.

Подводя итоги исследовательской работы, научный коллектив ИРНИТУ пришел к следующему выводу: поскольку бициллин активно накапливается в растениях конопли, то она может быть использована для фиторемедиации загрязненных антибиотиками почв, то есть для их очистки. Аналогичными свойствами обладает и водное растение элодея канадская, которая в свою очередь может быть использована в фиторемедиационных сооружениях для очистки водных объектов от бициллина.

Результаты исследовательской работы иркутских ученых позволяют рассматривать фиторемедиацию как одно из недорогих решений удаления антибиотиков из водной среды. В связи с этим, по мнению научного коллектива ИРНИТУ, необходимо продолжить исследования по созданию гибких фитоинженерных систем для очистки объектов окружающей среды от антибиотиков в почве и водной среде.

Напомним, что доклад «Ветеринарные пенициллины и их фитотоксичность» будет представлен на II Международном научно-практическом форуме по передовым достижениям в науке и технике SciTech 2022. В работе форума примут участие ведущие ученые, преподаватели, эксперты и практики в вопросах научно-технологического развития России, прорывных технологий и передовых научных исследований из более 13 регионов России, а также Азербайджана и Киргизии.

Организаторами форума, который будет проходить 24-25 февраля 2022 г. одновременно очно и в онлайн-формате, являются Ассоциация поддержки научных исследований (г. Барнаул, Россия) и Пензенский государственный технологический университет (г. Пенза, Россия). С 26 февраля по 20 марта 2022 г. будет организована постерная онлайн-сессия для дистанционных участников с возможностью обсуждения представленных докладов. Информационный партнер форума – научно-технический журнал «Информация и Космос» (ISSN 2072-9804).