Uma investigação sobre a remoção de ciprofloxacina e norfloxacina por ficoremediação com ênfase na toxicidade aguda e composição bioquímica

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13911 (2023) Citar este artigo

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A ciprofloxacina (CIP) e a norfloxacina (NOR) pertencem à classe de contaminantes emergentes que são frequentemente detectados no ambiente aquático como uma mistura binária, responsável pelo desenvolvimento de genes resistentes a antibióticos e de bactérias resistentes a antibióticos. Este estudo tem como objetivo investigar cinco espécies diferentes de algas Chlorella vulgaris (Cv), Chlorella pyrenoidosa (Cp), Scenedesmus obliquus (So), Tetradesmus sp (T) e Monoraphidium sp (M) quanto à sua tolerância e remoção de mistura binária. Os efeitos na composição bioquímica das espécies de algas em relação à mistura binária e sua eficiência de remoção são relatados pela primeira vez neste estudo. Os valores de toxicidade aguda (EC50 96 h) estão na ordem de So > Cp > T > M > Cv, Chlorella vulgaris é a espécie de algas mais sensível com 17,73 ± 0,24 mg/L e Scenedesmus obliquus é a espécie de algas menos sensível com 39,19. ± 0,79mg/L. A eficiência de remoção da mistura binária foi da ordem de So > Cp > T > M > Cv, Scenedesmus obliquus removeu CIP (52,4%) e NOR (87,5%) com a biodegradação como o principal mecanismo de remoção contribuinte. Além disso, foram detectados produtos biotransformados menos tóxicos em Scenedesmus obliquus e a caracterização bioquímica revelou que o efeito estimulador do crescimento é maior com lipídios (35%), carboidratos (18%) e proteínas (33%) proporcionando uma vantagem na produção de biomassa valiosa.

O consumo mundial de antibióticos aumentou de 635 para 674 unidades por 1.000 habitantes nos países desenvolvidos e de 1.490 unidades para 1.593 unidades nos países em desenvolvimento1. Estudos relataram que 50-80% dos antibióticos administrados são excretados através das fezes e da urina como composto original e atingem o ambiente aquático, o que levou ao desenvolvimento de genes resistentes a antibióticos (ARGs) que levantaram preocupações na saúde pública em todo o mundo2. . A ARG levou à morte de 25.000 crianças nos países da União Europeia, 23.000 crianças nos EUA e 58.000 crianças na Índia todos os anos3,4. As águas residuais municipais são a principal fonte de poluição por antibióticos em comparação com as águas residuais hospitalares. As estações de tratamento de águas residuais (ETEs) não são projetadas para eliminar esses poluentes, pois a análise metagenômica revelou que nas ETEs de 60 países há uma distribuição divergente de ARGs5,6,7. A Índia tem a terceira maior indústria farmacêutica activa, satisfazendo 50% da procura de medicamentos genéricos a nível mundial e é um dos cinco principais países consumidores de produtos farmacêuticos, prevendo-se que tenha um aumento de 84% até 20308,9. A fluoroquinolona (FQs) pertence ao terceiro maior antibiótico, representando 17% do mercado global e é uma importante classe de antibióticos que tem sido amplamente utilizada para tratar infecções respiratórias e urinárias10,11. Ciprofloxacina (CIP) e norfloxacina (NOR) são os FQs mais frequentemente detectados em águas superficiais, excedendo uma taxa de detecção de 50% globalmente devido ao seu uso excessivo e foram detectados em diferentes concentrações variando de ng/L a µg/L12.

Vários métodos de tratamento convencionais e avançados podem ser empregados para o tratamento destes poluentes, mas os elevados custos operacionais e de manutenção restringem a sua utilização nas ETAR municipais. A mineralização incompleta desses contaminantes gera produtos transformados que são tóxicos para a comunidade aquática e tem se tornado uma grande preocupação6. A biodegradação por microrganismos é uma boa abordagem no tratamento desses poluentes com a vantagem de respeitar o meio ambiente e ter boa relação custo-benefício12,13. Os FQ não são facilmente biodegradáveis ​​em ETAR convencionais, mas quando tratados com espécies microbianas específicas, os FQ podem ser tratados biologicamente . As algas não são organismos alvo de antibióticos e são conhecidas por tratarem águas residuais de forma eficaz, removendo nutrientes, poluentes orgânicos e metais pesados, com a vantagem da produção de biomassa6,15. CIP e NOR são testados para ficoremediação e estudos demonstraram a capacidade das espécies de algas em biodegradar os poluentes individualmente16,17,18,19. Chlorella vulgaris (Cv), Chlorella pyrenoidosa (Cp) e Scenedesmus obliquus (So) mostraram seu potencial na remoção de CIP, 85% (Cv), 79% (Cp) e 75% (So) e para NOR, 52% (Cv), 50% (Cp) e 43% (So) com concentração inicial CIP (0,029 µg/L) e NOR (0,032 µg/L) separadamente20. CIP e NOR foram detectados nas águas superficiais da Índia como uma mistura binária com a concentração máxima detectada de 6,5 mg/L (CIP) e 0,52 mg/L (NOR)21.