Anxious Albatross
Проверенный
Ученые предложили новый метод очистки воды и почвы от остатков антибиотиков, которые в результате деятельности человека со сточными водами попадают в окружающую среду и наносят вред живым организмам. Чтобы удалить из воды препараты и обезвредить их, исследователи использовали природную глину — бентонит из месторождения Саригюх в Армении. Она смогла эффективно очистить воду, поглотив до 95% антибиотика окситетрациклина. Благодаря этому свойству бентонит может использоваться в системах очистки сточных вод в качестве наполнителя колоночных фильтров или в конструкциях проникающих реактивных барьеров. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ) и Правительством Тульской области, опубликованы в журнале Environments.
Большинство инфекционных заболеваний успешно лечится антибиотиками, однако обычно около 30–90% от всего принимаемого препарата не усваивается организмом человека и выводится с продуктами жизнедеятельности в окружающую среду. Даже сравнительно низкие концентрации антибиотиков, которые накапливаются в воде и почве, способствуют тому, что бактерии, в том числе болезнетворные, становятся к ним устойчивыми. Кроме того, накопление в почве антибиотиков подавляет развитие полезных бактерий и растений, замедляет образование плодородного гумуса. Антибиотики группы тетрациклинов, включая окситетрациклин, используются в медицине и животноводстве особенно часто, поэтому ученые ищут способы обезвредить избыток окситетрациклина, попавший в окружающую среду.
Исследователи Тульского государственного педагогического университета имени Л.Н. Толстого (Тула) предложили очищать воду и почву от этого препарата с помощью природной глины — бентонита, достаточно широко распространенного, недорогого и безопасного материала. Бентонит благодаря пористой структуре и огромной площади поверхности способен задерживать молекулы антибиотика.
Ученые использовали природную глину из месторождения Саригюх в Армении — доступный в коммерческих масштабах для центральной России минерал — и экспериментально проверили, как она поглощает антибиотик, взятый в довольно большом диапазоне концентраций (от 138 миллиграмм до 4,6 грамм в литре). Затем с помощью современного метода анализа — высокоэффективной жидкостной хроматографии — авторы изучили, сколько в воде остается антибиотика после его взаимодействия с минералом. Исследователи провели эксперименты в растворах с разной кислотностью, при разном времени и температуре взаимодействия, чтобы определить, в каких условиях глина работает лучше всего. Вместе с этим ученые проследили, какие изменения происходят в структуре глины.
Оказалось, что в кислой среде (подобной по кислотности лимонному соку) бентонит очищает водную среду от окситетрациклина наиболее эффективно. Природная глина успешно поглощает токсичные для окружающей среды соединения, и вода с антибиотиком при этом становится безопасной для живых организмов.
Исследователи также проверили, вредит ли бентонит, поглотивший окситетрациклин, мелким ракообразным — дафниям — и сохраняет ли свои антибактериальные свойства. Более ранние эксперименты показали, что наличие 1,15 грамма чистого окситетрациклина в литре воды приводит к гибели 50% рачков. Теперь ученые выяснили, что токсичность этого антибиотика значительно снижается, если он оказывается связан с бентонитом. Так, даже концентрации, большие в 4 раза — 4,6 грамм в литре — приводили к гибели только 37% дафний. Таким образом бентонит существенно снижает токсичность антибиотика для водных обитателей. Кроме того, природная глина, поглотившая тетрациклин, снижает свою антибактериальную активность.
В перспективе это означает, что такой материал можно будет использовать в системах очистки сточных вод, например, прокачивая загрязненные воды через колонны, наполненные бентонитом, или создавая специальные проницаемые барьеры. Для закрепления антибиотика в почве и уменьшения его доступности бактериям и растениям можно будет вносить в нее бентонит в виде порошка или водной суспензии, после чего вспахивать почву, чтобы равномерно распределить частицы поглотителя в корнеобитаемом плодородном слое.
«В настоящий момент мы изучаем, насколько эффективно бентонит может удалять из сточных вод другие антибиотики, в частности, гентамицин, хлорамфеникол и стрептоцид. Однако, как мы установили, поверхности бентонита взаимодействуют главным образом с заряженными молекулами антибиотиков. Тем не менее значительная часть лекарственных средств (например, эритромицин и амоксициллин) не имеют заряда при обычных условиях. Чтобы улучшить связывание таких молекул с глинистыми минералами, мы стараемся химически модифицировать поверхность глин поверхностно-активными веществами», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Леонид Переломов, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией биогеохимии Тульского государственного педагогического университета имени Л.Н. Толстого.
Продолжить чтение...
Большинство инфекционных заболеваний успешно лечится антибиотиками, однако обычно около 30–90% от всего принимаемого препарата не усваивается организмом человека и выводится с продуктами жизнедеятельности в окружающую среду. Даже сравнительно низкие концентрации антибиотиков, которые накапливаются в воде и почве, способствуют тому, что бактерии, в том числе болезнетворные, становятся к ним устойчивыми. Кроме того, накопление в почве антибиотиков подавляет развитие полезных бактерий и растений, замедляет образование плодородного гумуса. Антибиотики группы тетрациклинов, включая окситетрациклин, используются в медицине и животноводстве особенно часто, поэтому ученые ищут способы обезвредить избыток окситетрациклина, попавший в окружающую среду.
Исследователи Тульского государственного педагогического университета имени Л.Н. Толстого (Тула) предложили очищать воду и почву от этого препарата с помощью природной глины — бентонита, достаточно широко распространенного, недорогого и безопасного материала. Бентонит благодаря пористой структуре и огромной площади поверхности способен задерживать молекулы антибиотика.
Ученые использовали природную глину из месторождения Саригюх в Армении — доступный в коммерческих масштабах для центральной России минерал — и экспериментально проверили, как она поглощает антибиотик, взятый в довольно большом диапазоне концентраций (от 138 миллиграмм до 4,6 грамм в литре). Затем с помощью современного метода анализа — высокоэффективной жидкостной хроматографии — авторы изучили, сколько в воде остается антибиотика после его взаимодействия с минералом. Исследователи провели эксперименты в растворах с разной кислотностью, при разном времени и температуре взаимодействия, чтобы определить, в каких условиях глина работает лучше всего. Вместе с этим ученые проследили, какие изменения происходят в структуре глины.
Оказалось, что в кислой среде (подобной по кислотности лимонному соку) бентонит очищает водную среду от окситетрациклина наиболее эффективно. Природная глина успешно поглощает токсичные для окружающей среды соединения, и вода с антибиотиком при этом становится безопасной для живых организмов.
Исследователи также проверили, вредит ли бентонит, поглотивший окситетрациклин, мелким ракообразным — дафниям — и сохраняет ли свои антибактериальные свойства. Более ранние эксперименты показали, что наличие 1,15 грамма чистого окситетрациклина в литре воды приводит к гибели 50% рачков. Теперь ученые выяснили, что токсичность этого антибиотика значительно снижается, если он оказывается связан с бентонитом. Так, даже концентрации, большие в 4 раза — 4,6 грамм в литре — приводили к гибели только 37% дафний. Таким образом бентонит существенно снижает токсичность антибиотика для водных обитателей. Кроме того, природная глина, поглотившая тетрациклин, снижает свою антибактериальную активность.
В перспективе это означает, что такой материал можно будет использовать в системах очистки сточных вод, например, прокачивая загрязненные воды через колонны, наполненные бентонитом, или создавая специальные проницаемые барьеры. Для закрепления антибиотика в почве и уменьшения его доступности бактериям и растениям можно будет вносить в нее бентонит в виде порошка или водной суспензии, после чего вспахивать почву, чтобы равномерно распределить частицы поглотителя в корнеобитаемом плодородном слое.
«В настоящий момент мы изучаем, насколько эффективно бентонит может удалять из сточных вод другие антибиотики, в частности, гентамицин, хлорамфеникол и стрептоцид. Однако, как мы установили, поверхности бентонита взаимодействуют главным образом с заряженными молекулами антибиотиков. Тем не менее значительная часть лекарственных средств (например, эритромицин и амоксициллин) не имеют заряда при обычных условиях. Чтобы улучшить связывание таких молекул с глинистыми минералами, мы стараемся химически модифицировать поверхность глин поверхностно-активными веществами», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Леонид Переломов, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией биогеохимии Тульского государственного педагогического университета имени Л.Н. Толстого.
Продолжить чтение...