급성 독성 및 생화학적 구성에 중점을 둔 phycoremediation에 의한 ciprofloxacin 및 norfloxacin 제거에 대한 조사

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13911(2023) 이 기사 인용

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시프로플록사신(CIP)과 노르플록사신(NOR)은 항생제 내성 유전자와 항생제 내성 박테리아의 발생을 담당하는 이원 혼합물로 수생 환경에서 자주 검출되는 새로운 오염 물질 부류에 속합니다. 이 연구의 목적은 5가지 다른 조류 종인 Chlorella vulgaris(Cv), Chlorella pyrenoidosa(Cp), Scenedesmus obliquus(So), Tetradesmus sp(T) 및 Monoraphidium sp(M)의 내성 및 이성분 혼합물 제거에 대해 조사하는 것입니다. 이원 혼합물과 그 제거 효율과 관련하여 조류 종의 생화학적 구성에 미치는 영향은 이 연구에서 처음 보고되었습니다. 급성 독성(96h EC50) 값은 So > Cp > T > M > Cv 순이며 Chlorella vulgaris는 17.73 ± 0.24 mg/L로 가장 민감한 조류 종이고 Scenedesmus obliquus는 39.19로 가장 덜 민감한 조류 종입니다. ± 0.79mg/L. 이원 혼합물의 제거 효율은 So > Cp > T > M > Cv 순으로 나타났으며, Scenedesmus obliquus는 주요 제거 메커니즘으로 생분해를 통해 CIP(52.4%) 및 NOR(87.5%)을 제거했습니다. 또한 Scenedesmus obliquus에서는 독성이 덜한 생체변환산물이 검출되었으며 생화학적 특성 분석 결과 지질(35%), 탄수화물(18%) 및 단백질(33%)에서 성장 촉진 효과가 더 높아 생산에 이점을 제공하는 것으로 나타났습니다. 귀중한 바이오매스.

전세계 항생제 소비량은 선진국에서는 인구 1000명당 635단위에서 674단위로, 개발도상국에서는 1490단위에서 1593단위로 증가했습니다1. 연구에 따르면 투여된 항생제의 50~80%가 모화합물로서 대변과 소변을 통해 배설되어 수생 환경에 도달하며, 이로 인해 전 세계적으로 공중 보건에 대한 우려를 불러일으키는 항생제 내성 유전자(ARG)가 발생한다고 보고되었습니다2 . ARG로 인해 매년 유럽 연합 국가에서는 25,000명의 유아, 미국에서는 23,000명, 인도에서는 58,000명의 유아가 사망했습니다3,4. 도시 폐수는 병원 폐수에 비해 항생제 오염의 주요 원인입니다. 폐수처리장(WWTP)은 이러한 오염물질을 제거하도록 설계되지 않았습니다. 메타게놈 분석에 따르면 60개국의 WWTP에서 ARG가 다양하게 분포되어 있는 것으로 나타났습니다5,6,7. 인도는 전 세계 제네릭 의약품 수요의 50%를 충족하는 세 번째로 큰 활성 제약 산업을 보유하고 있으며 2030년까지 84% 증가할 것으로 예상되는 상위 5대 의약품 소비 국가 중 하나입니다8,9. 플루오로퀴놀론(FQ)은 세계 시장의 17%를 차지하는 세 번째로 큰 항생제에 속하며 호흡기 및 요로 감염 치료에 광범위하게 사용되는 중요한 항생제 종류입니다10,11. 시프로플록사신(CIP)과 노르플록사신(NOR)은 과도한 사용으로 인해 전 세계적으로 50%를 초과하는 검출율을 초과하는 지표수에서 가장 자주 검출되는 FQ이며 ng/L에서 µg/L12에 이르는 다양한 농도에서 검출되었습니다.

이러한 오염 물질을 처리하기 위해 다양한 기존 및 고급 처리 방법을 사용할 수 있지만 높은 운영 및 유지 관리 비용으로 인해 지자체 WWTP에서의 활용이 제한됩니다. 이러한 오염물질의 불완전한 광물화는 수생 공동체에 독성이 있는 변형된 생성물을 생성하며 이는 주요 관심사가 되었습니다6. 미생물에 의한 생분해는 환경 친화성과 비용 효율성이라는 장점을 지닌 이러한 오염 물질을 처리하는 좋은 접근 방식입니다12,13. FQ는 기존의 WWTP에서 쉽게 생분해되지 않지만 특정 미생물 종으로 처리하면 FQ를 생물학적으로 처리할 수 있습니다14. 조류는 항생제의 비표적 유기체로서 바이오매스 생산의 장점을 바탕으로 영양분, 유기 오염물질, 중금속을 효과적으로 제거하여 폐수를 처리하는 것으로 알려져 있습니다6,15. CIP와 NOR은 식물 매개에 대해 테스트되었으며 연구에 따르면 조류 종이 오염 물질을 개별적으로 생분해하는 능력이 있는 것으로 나타났습니다16,17,18,19. Chlorella vulgaris(Cv), Chlorella pyrenoidosa(Cp) 및 Scenedesmus obliquus(So)는 CIP를 85%(Cv), 79%(Cp) 및 75%(So) 제거하고 NOR의 경우 52%를 제거하는 잠재력을 보여주었습니다. (Cv), 50%(Cp) 및 43%(So) 초기 농도 CIP(0.029μg/L) 및 NOR(0.032μg/L)을 별도로 사용합니다20. CIP와 NOR은 인도 표층수에서 최대 검출 농도가 6.5mg/L(CIP)와 0.52mg/L(NOR)21인 이원 혼합물로 검출되었습니다.

98% purity (HPLC grade) were prepared by dissolving CIP and NOR in the ultrapure water and stored in an airtight Schott glass container at 4 °C in dark conditions for no longer than 7 days./p> 1 indicates that there is an ecotoxicological risk for the algal species./p> (T) > (M) > (Cp) > (Cv) for CIP, (So) > (Cp) > (M) > (T) > (Cv) for NOR, and (So) > (Cp) > (T) > (M) > (Cv) for CIP+NOR. The higher the EC50 greater their tolerance towards the specific pollutant. From the EC50 values, the PNEC and RQs were calculated and tabulated in Table 1./p> CIP (1.9%) after 7 days (Fig. 7f) which indicates that NOR is more sensitive towards photodegradation in comparison with CIP45, however, the removal through abiotic conditions is negligible in comparison with the biotic removal./p> Cp > T > M > Cv which is in line with the calculated 96 h EC50 order So > Cp > T > M > Cv. For Chlorella vulgaris (Cv), biodegradation (92%) is the major contributing removal mechanism for CIP, but NOR biodegradation is only 6% and 19% of NOR is accumulated inside the algal cell. The EC50 value indicated that Cv is more sensitive towards CIP compared to NOR, to counteract the stress caused, the reduction of CIP (55%) > NOR (25%) in the algal medium. Biodegradation contribution for the removal of CIP + NOR, in Chlorella pyrenoidosa (Cp) CIP (88%) > NOR (67%), Scenedesmus obliquus (So) CIP (88%) > NOR (87%), Tetradesmus sp (T) CIP (72%) < NOR (82%), and for Monoraphidium sp (M) CIP (87%) > NOR (84%). It is interesting to observe the biodegradation potential of Monoraphidium sp (M) is higher next to Scenedesmus obliquus (So) even though the acute toxicity studies showed that it is sensitive to the binary mixture./p> CIP (72%) and bioaccumulation for NOR is below the detection limit (BDL). In Scenedesmus obliquus (So), the bioadsorption contribution for CIP is 6% and NOR is 0.39%, and it can be noted that biodegradation contribution for NOR is 87% which is higher than the other species tested and bioaccumulation of NOR is below the deduction limit of the equipment. It is evident from the obtained results that Scenedesmus obliquus is effective in removal of CIP + NOR./p>