Eine Untersuchung zur Entfernung von Ciprofloxacin und Norfloxacin durch Phycoremediation mit Schwerpunkt auf akuter Toxizität und biochemischer Zusammensetzung

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 13911 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Ciprofloxacin (CIP) und Norfloxacin (NOR) gehören zur Klasse der neu auftretenden Schadstoffe, die in Gewässern häufig als binäre Mischung nachgewiesen werden und für die Entwicklung antibiotikaresistenter Gene und antibiotikaresistenter Bakterien verantwortlich sind. Ziel dieser Studie ist es, fünf verschiedene Algenarten, Chlorella vulgaris (Cv), Chlorella pyrenoidosa (Cp), Scenedesmus obliquus (So), Tetradesmus sp (T) und Monoraphidium sp (M), auf ihre Toleranz und Entfernung binärer Mischungen zu untersuchen. In dieser Studie wird erstmals über die Auswirkungen auf die biochemische Zusammensetzung der Algenarten in Bezug auf die binäre Mischung und ihre Entfernungseffizienz berichtet. Die Werte für die akute Toxizität (96 h EC50) liegen in der Größenordnung von So > Cp > T > M > Cv, Chlorella vulgaris ist mit 17,73 ± 0,24 mg/L die empfindlichste Algenart und Scenedesmus obliquus ist mit 39,19 die am wenigsten empfindliche Algenart ± 0,79 mg/L. Die Entfernungseffizienz der binären Mischung lag in der Größenordnung von So > Cp > T > M > Cv, Scenedesmus obliquus entfernte CIP (52,4 %) und NOR (87,5 %), wobei der biologische Abbau der wichtigste Entfernungsmechanismus war. Darüber hinaus wurden in Scenedesmus obliquus weniger toxische biotransformierte Produkte nachgewiesen und die biochemische Charakterisierung ergab, dass die wachstumsstimulierende Wirkung höher ist, wobei Lipide (35 %), Kohlenhydrate (18 %) und Proteine (33 %) einen Vorteil bei der Produktion bieten wertvolle Biomasse.

Der weltweite Antibiotikaverbrauch ist in den Industrieländern von 635 auf 674 Einheiten pro 1.000 Einwohner und in den Entwicklungsländern von 1.490 Einheiten auf 1.593 Einheiten gestiegen1. Studien haben gezeigt, dass 50–80 % der verabreichten Antibiotika als Ausgangsstoff über Kot und Urin ausgeschieden werden und in die aquatische Umwelt gelangen, was zur Entwicklung antibiotikaresistenter Gene (ARGs) geführt hat, die weltweit Anlass zur Sorge in der öffentlichen Gesundheit geben2 . ARG hat jedes Jahr zum Tod von 25.000 Säuglingen in Ländern der Europäischen Union, 23.000 Säuglingen in den USA und 58.000 Säuglingen in Indien geführt3,4. Im Vergleich zu Krankenhausabwässern ist kommunales Abwasser die Hauptquelle der Antibiotikaverschmutzung. Die Kläranlagen (WWTPs) sind nicht für die Beseitigung dieser Schadstoffe ausgelegt, da die metagenomische Analyse ergeben hat, dass in den Kläranlagen von 60 Ländern eine unterschiedliche Verteilung der ARGs vorliegt5,6,7. Indien verfügt über die drittgrößte aktive Pharmaindustrie, die 50 % des weltweiten Bedarfs an Generika deckt, und ist eines der fünf Länder mit dem höchsten Arzneimittelkonsum, in dem bis 2030 ein Anstieg von 84 % prognostiziert wird8,9. Fluorchinolone (FQs) gehören mit einem Anteil von 17 % am Weltmarkt zu den drittgrößten Antibiotika und sind eine wichtige Antibiotikaklasse, die in großem Umfang zur Behandlung von Atemwegs- und Harnwegsinfektionen eingesetzt wird10,11. Ciprofloxacin (CIP) und Norfloxacin (NOR) sind die am häufigsten nachgewiesenen FQs in Oberflächengewässern, die aufgrund ihres übermäßigen Einsatzes weltweit eine Nachweisrate von über 50 % haben und in unterschiedlichen Konzentrationen von ng/L bis µg/L12 nachgewiesen wurden.

Für die Behandlung dieser Schadstoffe können verschiedene konventionelle und fortschrittliche Behandlungsmethoden eingesetzt werden, doch hohe Betriebs- und Wartungskosten schränken ihre Nutzung in den kommunalen Kläranlagen ein. Die unvollständige Mineralisierung dieser Schadstoffe führt zu umgewandelten Produkten, die für die Wassergemeinschaft giftig sind, und ist zu einem großen Problem geworden6. Der biologische Abbau durch Mikroorganismen ist ein guter Ansatz zur Behandlung dieser Schadstoffe mit den Vorteilen der Umweltfreundlichkeit und Kosteneffizienz12,13. FQs sind in herkömmlichen Kläranlagen nicht leicht biologisch abbaubar, aber wenn sie mit bestimmten Mikrobenarten behandelt werden, können FQs biologisch behandelt werden14. Algen sind keine Zielorganismen für Antibiotika und dafür bekannt, dass sie Abwasser effektiv reinigen und Nährstoffe, organische Schadstoffe und Schwermetalle entfernen, was der Produktion von Biomasse zugute kommt6,15. CIP und NOR werden auf Phycoremediation getestet und Studien haben die Fähigkeit von Algenarten gezeigt, die Schadstoffe einzeln biologisch abzubauen16,17,18,19. Chlorella vulgaris (Cv), Chlorella pyrenoidosa (Cp) und Scenedesmus obliquus (So) haben ihr Potenzial bei der Entfernung von CIP gezeigt: 85 % (Cv), 79 % (Cp) und 75 % (So) und für NOR 52 % (Cv), 50 % (Cp) und 43 % (So) mit getrennter Anfangskonzentration CIP (0,029 µg/L) und NOR (0,032 µg/L)20. CIP und NOR wurden in den indischen Oberflächengewässern als binäre Mischung mit der maximal nachgewiesenen Konzentration von 6,5 mg/L (CIP) und 0,52 mg/L (NOR)21 nachgewiesen.

Einzelne Studien zur Toxizitätsbewertung haben ergeben, dass eine Erhöhung der Schadstoffkonzentration das Algenwachstum hemmt und sich dies auf deren Entfernung und biochemische Zusammensetzung auswirkt16,22. EC50 (Konzentration, bei der 50 % der Algenwachstumsrate gehemmt wird) ist die am meisten akzeptierte Bewertung zur Toxizitätsbewertung bei Algenarten23. Es gibt auch andere Algenarten wie Tetradesmus sp (T) und Monoraphidium sp (M), die in Phycoremediationsstudien zur Entfernung von Antibiotika große Aufmerksamkeit erfordern. Tetradesmus sp (T) und Monoraphidium sp (M) haben gute Phycoremediationseigenschaften gezeigt und haben das Potenzial, wertvolle Biomasse mit guten biochemischen Eigenschaften zu produzieren24,25,26,27, aber beide Arten wurden noch nicht auf ihr Potenzial bei der Entfernung getestet von FQs. Das Potenzial der Phycoremediation kann beeinträchtigt werden, wenn die Testwerte größer als EC50 sind. Daher muss vor dem Einsatz der Algen zur Schadstoffentfernung ein Wachstumshemmungstest durchgeführt werden, da toxische Schadstoffe bekanntermaßen das Algenwachstum hemmen. Diese Ergebnisse werden zu den FQ-Toxizitätsdaten dieser ausgewählten Arten beitragen und die Anwendung dieser Arten in Abwasseraufbereitungsanlagen kann identifiziert werden.

Die meisten Studien konzentrierten sich auf die individuelle EC50-Bewertung und Entfernung von Schadstoffen, ohne Informationen über deren Auswirkungen auf die biochemische Zusammensetzung (Proteine, Kohlenhydrate und Lipide)16,17,28,29. Im Fall eines binären Gemisches (CIP+NOR) wurde über die Bewertung der akuten Toxizität, die Entfernung und die biotransformierten Produkte noch nicht berichtet, da die Kombination dieser Schadstoffe in der Umwelt vorhanden ist. Vor diesem Hintergrund zielt diese Studie darauf ab, die wirksamsten und tolerantesten Algenarten unter den fünf verschiedenen Algen, die vier verschiedene Gattungen repräsentieren (Cv, Cp, So, T und M), zu screenen und auszuwählen, um die akute Toxizität binärer Mischungen zu bewerten und seine Auswirkungen auf die biochemische Zusammensetzung (Proteine, Kohlenhydrate und Lipide) in den ausgewählten Algenarten und die Untersuchung des Entfernungspotenzials der binären Mischung (CIP+NOR) und der von den Algenarten für ihre Entfernung angepassten Mechanismen, biotransformierten Produkte usw seine Auswirkungen auf die biochemische Zusammensetzung (Proteine, Kohlenhydrate und Lipide).

Stammlösungen von Norfloxacin (NOR) (CAS-Nr.: 70458-96-7) und Ciprofloxacin (CIP) (CAS-Nr.: 85721-33-1) mit einer Reinheit von > 98 % (HPLC-Qualität) wurden durch Auflösen von CIP und NOR in hergestellt Reinstwasser und in einem luftdichten Schott-Glasbehälter bei 4 °C unter dunklen Bedingungen nicht länger als 7 Tage gelagert.

CIP- und NOR-Konzentrationen wurden gemäß der USP 28-NF 23 s-Ergänzung unter Verwendung einer 844 UV-VIS-Kompaktionenchromatographie, ausgestattet mit einer HPLC-Säule (Hichrom-Alltima 5 µm C-18 mit den Abmessungen 250 × 4,6 mm), bestimmt30,31,32 . Als mobile Phase wurden Acetonitril (15 %) und Reinstwasser (85 %) mit pH = 3,2 mit einer auf 1 ml/min eingestellten Flussrate und einem Injektionsvolumen von 250 µL19 verwendet. Die Wellenlänge des UV-Detektors wurde auf 280 ± 5 nm eingestellt, was der maximalen Wellenlänge für beide Antibiotika entspricht, und die Retentionszeit für NOR betrug 14,5 Minuten und für CIP 16,5 Minuten. Die Nachweisgrenze für CIP und NOR lag in dieser Studie bei 0,03 µg/L bzw. 0,02 µg/L. Die Konzentration wurde mithilfe der in die HPLC-Ausrüstung integrierten IC-NET 2.3-Software geschätzt und nach Abschluss der Analyse wurden die konsolidierten Überlagerungskurven der einzelnen Analysen mithilfe der IC-NET-Software aufgezeichnet. Die biotransformierten Produkte wurden mittels Flüssigchromatographie-Elektronensprayionisations-Tandem-Massenspektrometrie identifiziert. Als mobile Phase werden Ameisensäure (0,1 %) und Acetonitril im Volumenverhältnis (95:5) verwendet. Die Bedingungen des Massenspektrometers und die Säulendetails werden an anderer Stelle dargestellt33.

Chlorella vulgaris (Cv) (BDU-GD003) wurde vom National Repository for Microalgae and Cyanobacteria (NRMC) der Bharathidasan University, Tamilnadu, Indien, bezogen. Chlorella pyrenoidosa (Cp) (NCIM-2738), Scenedesmus obliquus (So) (NCIM-5586), Tetradesmus sp (T) (NCIM-5797) und Monoraphidium sp (M) (NCIM-5792) wurden vom National beschafft Sammlung industrieller Mikroorganismen (NCIM), Pune, Indien. Alle beschafften Kulturen wurden in BG-11-Medium unter sterilen Bedingungen in einer Algenwachstumskammer mit der Lichtintensität von 50 µmol Photon/m2/s in einem 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus bei 27 °C subkultiviert, bis ihre Wachstumsphase abgeschlossen war erreicht.

Die Zelldichte (Zellen/ml) wurde mit dem verbesserten Hämozytometer von Neubauer unter 40-facher trinokularer Mikroskopvergrößerung gemessen und die spezifische Wachstumsrate (µ) wurde mit der folgenden Gleichung berechnet: (1)34.

Dabei sind Ci und Cf die zum Anfangszeitpunkt (ti) und zum Endzeitpunkt (tf) gemessene Zelldichte.

2 ml Algenzellen wurden durch 10-minütiges Zentrifugieren der Zellen bei 5000 U/min aus den Versuchsläufen geerntet. Der Überstand wurde verworfen und mit 5 ml 90 % Methanol resuspendiert und 5 Minuten bei 60 °C inkubiert und dann erneut 10 Minuten lang zentrifugiert. Die Überstände wurden in separaten Röhrchen gesammelt und die optischen Dichten wurden für die Wellenlängen 665, 652 und 470 nm mit einem UV-sichtbaren Spektrophotometer gemessen und die Konzentration des extrahierten Pigments wurde mit den folgenden Gleichungen berechnet: (2)–(4)16.

Protein, Kohlenhydrate und Lipide sind die drei wichtigen biochemischen Zusammensetzungen von Algen. Die aus den Versuchsläufen gesammelten Proben wurden einer Zentrifugation unterzogen, um die Zellpellets aus dem Algenmedium zu extrahieren35. Die geernteten Zellpellets wurden der Lowry-Methode unterzogen, um das Protein aus den geernteten Zellpellets zu extrahieren, und unter Verwendung von Rinderserumalbumin als Standard in einem UV-sichtbaren Spektrophotometer36 quantifiziert. Die Anthrone-Methode wurde verwendet, um die Kohlenhydrate aus den geernteten Zellpellets zu extrahieren und zu quantifizieren Verwendung von Glucose als Standard in einem UV-sichtbaren Spektrophotometer36. Lipide wurden mithilfe der Ultraschallmethode extrahiert und gravimetrisch quantifiziert36,37. Das Trockenzellgewicht (DCW) wurde gravimetrisch durch Trocknen der geernteten Zellpellets berechnet. Lipide, Proteine und Kohlenhydrate wurden prozentual aus der geernteten Biomasse unter Verwendung der folgenden Gleichungen ausgedrückt: (5)–(7)35.

Experimente zur akuten Toxizität wurden gemäß den OECD-Richtlinien 20123 durchgeführt. Für einzelne Tests wurden unterschiedliche Konzentrationen von CIP und NOR im Bereich zwischen 1 und 100 mg/L verwendet, und CIP+NOR wurden in gleichen Anteilen eines festen Konzentrationsverhältnisses (1:1) im Bereich zwischen 1 und 50 mg/L in die 100 ml gegeben Algenmedium. Die anfängliche Zelldichte wurde für alle Experimente bei 100 × 104 Zellen/ml gehalten. Für den Wachstumshemmungstest wurden drei Wiederholungen von Testläufen (mit Schadstoffen) und Kontrollläufen (ohne Schadstoffe) in der Algenwachstumskammer inkubiert, die mit einem Orbitalschüttler (120 U/min) ausgestattet war. Die prozentuale Hemmung (%I) wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: (8)38.

wobei \(\mu c\) und \(\mu t\) die im Kontrolllauf und Testlauf gemessene Zelldichte sind.

EC50 ist die wirksame Konzentration, die 50 % des Algenwachstums hemmt. Eine Dosis-Wirkungs-Kurve wurde unter Verwendung der für verschiedene Konzentrationen berechneten prozentualen Hemmung (%I) aufgezeichnet. Um die für die Durchführung der Regressionsanalyse erforderliche EC50-Linearisierung der Reaktionsdaten zu ermitteln, wurde eine statistische Probit-Analyse durchgeführt, um die Daten gemäß den OECD-201-Richtlinien23 zu linearisieren und zu berechnen EC50. Die EC50-Werte biotransformierter Produkte wurden mit der ECOSAR-Software (Version 2.2)39 vorhergesagt.

Risikoquotienten (RQs) versuchen, das potenzielle Risiko für Algen abzuschätzen, das durch die in der Umwelt festgestellte maximale Konzentration verursacht wird. RQ wird durch die folgenden Gleichungen berechnet: (9) und (10) 40.

Während MEC die gemessene Umweltkonzentration ist, ist PNEC die vorhergesagte Konzentration ohne Wirkung.

Wenn berechnet

RQ > 1 weist darauf hin, dass für die Algenart ein ökotoxikologisches Risiko besteht.

RQ < 1 bedeutet, dass kein Risiko für die Algenart besteht.

Es wurde eine Reihe von Versuchsläufen mit fünf verschiedenen Algenarten mit Kontrollläufen (ohne CIP + NOR) und Testläufen (mit CIP + NOR) in 250-ml-Erlenmeyerkolben mit 100 ml Algenmedium mit einer durchschnittlichen anfänglichen Zelldichte von 100 × durchgeführt 104 Zellen/ml. CIP (6,5 mg/L) und NOR (0,5 mg/L) wurden in den Testläufen dotiert. Doppelte Versuchsläufe wurden in der Algenwachstumskammer, die mit einem Orbitalschüttler (120 U/min) ausgestattet war, mit einer Lichtintensität von 50 µmol Photon/m2/s in einem 12-stündigen Hell- und 12-stündigen Dunkelzyklus bei T = 30 °C ± inkubiert 1 °C, bis die Wachstumsphase in die Todesphase überging. 5 ml Probe werden aus den Versuchsläufen entnommen und 10 Minuten lang bei 2500 U/min zentrifugiert, um die CIP+NOR-Gesamtentfernung zu bestimmen. Die Gesamtentfernung wird anhand der folgenden Gleichung berechnet: (11)19.

Dabei ist Ci die Anfangskonzentration von (CIP+NOR) im Medium und Cf die Restkonzentration von (CIP+NOR).

Bioadsorption, Bioakkumulation und biologischer Abbau sind die drei wichtigsten Entfernungsmechanismen, die Algen bei der Entfernung von Antibiotika nutzen41. Die Bioadsorption (Rad) wird mithilfe der Hochgeschwindigkeitszentrifugenmethode bestimmt, indem die Drehzahl von 2500 auf 5000 U/min erhöht wird, ohne die Zellwand zu zerstören19,42,43. Der gesammelte Überstand wurde zur Bestimmung von Rad verwendet. Die Bioakkumulation (Rac) wird mit der Ultraschallmethode19,44 bestimmt. Nach 30-minütiger Ultraschallbehandlung wird die Probe 10 Minuten lang bei 2500 U/min zentrifugiert und der Überstand zur Bestimmung von Rac verwendet. Der biologische Abbau (Rb) wird mit der folgenden Gleichung berechnet: (12)19.

Die abiotische Entfernung (Photoabbau) wird bestimmt, indem die Kontrollläufe ohne Algen über einen Zeitraum von 7 Tagen unter hellen und dunklen Bedingungen gehalten werden) und wird unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: (12). Da FQs bekanntermaßen lichtempfindliche Verbindungen sind, gilt Gl. (13)17,19,45.

Abbildung 1 zeigt die Gesamtmethodik dieser Studie.

In dieser Studie wurde die Methodik befolgt.

Die Wachstumshemmungsstudie wurde dreifach durchgeführt und die Probit-Analyse für EC50 wurde mit der SPSS-Software (Version 26) berechnet. Die Entfernungsstudie wurde in Duplikaten durchgeführt und die Mittelwerte als Ergebnisse dargestellt. Eine einfaktorielle ANOVA gekoppelt mit dem Dunnett-Test wurde durchgeführt, um die statistische Signifikanz (p < 0,05) zwischen den Kontrollläufen und den Testläufen in der experimentellen Studie zu ermitteln. Die statistische Analyse und die grafische Darstellung wurden mit der Software Origin Pro (Version 9.9) durchgeführt. Die chemischen Strukturen wurden mit Chemdraw (Version 20.0) dargestellt.

Es wurde eine Bewertung der akuten Toxizität von CIP, NOR und binärer Mischung (CIP+NOR) bei ausgewählten Algenarten durchgeführt, um die wachstumsstimulierenden und hemmenden Wirkungen zu verstehen, die ein Zielschadstoff einzeln und in kombinierter Form verursachen kann. Abbildung 2 zeigt die Dosis-Wirkungs-Kurve für CIP, NOR und CIP+NOR. Die höchste Wachstumshemmung für CIP wurde für Monoraphidium sp (M) mit 78,6 % verzeichnet, gefolgt von 67,6 % (Cv), 65,1 % (Cp), 62,6 % (T) und 61 % (So). Für NOR wurde die höchste Wachstumshemmung von 73,6 % für Chlorella vulgaris (Cv) verzeichnet, gefolgt von 72,6 % (T), 65,6 % (M), 60,4 % (Cp) und 56,9 % (So). Für die binäre Mischung wurde die höchste Wachstumshemmung bei Chlorella vulgaris (Cv) mit 73,33 % beobachtet, gefolgt von 72,5 % (M), 66,6 % (Cp), 63 % (T) und 49,8 % (So). Die EC50-Werte wurden mithilfe der statistischen Probit-Analyse aus den Versuchsläufen (CIP, NOR und CIP + NOR) berechnet und in Tabelle 1 tabellarisch aufgeführt. Die 96-Stunden-EC50-Werte liegen in der Reihenfolge (So) > (T) > (M). > (Cp) > (Cv) für CIP, (So) > (Cp) > (M) > (T) > (Cv) für NOR und (So) > (Cp) > (T) > (M) > (Cv) für CIP+NOR. Je höher der EC50-Wert, desto größer ist die Toleranz gegenüber dem spezifischen Schadstoff. Aus den EC50-Werten wurden die PNEC- und RQ-Werte berechnet und in Tabelle 1 aufgeführt.

Dosis – Wachstumshemmungs-(%)-Reaktionskurve für (a) CIP, (b) NOR, (c) CIP+NOR für Algenarten.

Die Kommission der Europäischen Gemeinschaften (EU-Richtlinie 93/67/EWG) stuft den Schadstoff in die Kategorie „schädlich“ für den Wasserorganismus ein, wenn der berechnete EC50-Wert im Bereich von (10–100 mg/L)46 liegt. Bei der Kategorisierung der Algenarten anhand der berechneten EC50-Werte und RQ-Werte deuten die Ergebnisse darauf hin, dass CIP+NOR schädlich ist und ein hohes Risiko für die Algenart darstellt. Auch die einzelnen Ergebnisse der akuten Toxizitätsbewertung bestätigen, dass es eine Gefahr für die Algenart darstellt, selbst wenn diese in getrennter Form vorliegt. Studien, die für den EC50-Wachstumshemmungstest für CIP und NOR durchgeführt wurden, bestätigen auch, dass die Werte unter die schädliche Kategorie für Chlorella vulgaris fallen (CIP-96 h EC50 < 100 mg/L)47,48 und (NOR-72 h EC50 < 100 mg/L). L)49.

Die hemmende Wirkung erhöhte die Bewertung der akuten Toxizität von CIP+NOR aufgrund der kombinierten Toxizität. Eine von Magdaleno et al.40 durchgeführte Studie ergab, dass die durch die binäre Mischung (Ciprofloxacin und Cephalothin) verursachte Wachstumshemmung bei der Alge Pseudokirchneriella subcapitata größer ist als die individuelle Wachstumshemmung, und die in dieser Studie erzielten Ergebnisse stimmen mit der berichteten Literatur überein.

Es ist bekannt, dass die Reaktion auf Schadstoffe in Algenarten je nach ihren physiologischen, morphologischen, zytologischen und phylogenetischen Merkmalen variiert22. Die Hemmwirkung variierte je nach Art und Toleranz gegenüber den Schadstoffen, da die binäre Mischung einen gravierenden Einfluss auf deren Hemmniveau hatte. Scenedesmus obliquus (So) ist die am wenigsten empfindliche Algenart gegenüber den toxischen Wirkungen von Antibiotika (CIP, NOR und CIP+NOR), wohingegen Chlorella vulgaris (Cv) die empfindlichste Art unter den ausgewählten Algenarten ist. Für CIP, NOR und CIP+NOR wurden keine Toxizitätsdaten für Chlorella pyrenoidosa (Cp), Scenedesmus obliquus (So), Tetradesmus sp (T) und Monoraphidium sp (M) gemeldet. Daher tragen diese Ergebnisse zu den FQ-Toxizitätsdaten dieser ausgewählten Arten bei.

Chlorophyll ist ein wichtiges lichtsammelndes Pigment, das an der Photosynthese beteiligt ist, und die Exposition gegenüber Schadstoffen verändert bekanntermaßen die Chl-a- und Chl-b-Synthese47,50. Während Algen Umweltstress ausgesetzt sind, dienen Carotinoide bekanntermaßen als Schutzmechanismus des Photosystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Löschung des Singulett-Sauerstoffs durch Deaktivierung des aktiven Chlorophylls51. Die extrahierten Chl-a-, Chl-b- und Carotinoidpigmente aus den Algenarten wurden aufgetragen, um die binären Wirkungen von CIP+NOR auf Pigmente in verschiedenen Konzentrationen zu untersuchen, wie in Abb. 3 dargestellt. Die Wirkung variierte je nach Empfindlichkeit der Alge Arten sowie die Konzentration der Schadstoffe. Es wird beobachtet, dass bei den Algenarten Chlorella pyrenoidosa (Cp) und Scenedesmus obliquus (So) die Pigmentaktivität bei Konzentrationen < 10 mg/L zunimmt (Abb. 3b, c) und die Carotinoide-Konzentration bis zum entsprechenden Wert ansteigt Als Reaktion auf den Stress sanken die EC50-Werte und sanken dann deutlich auf 11 % (So) und 13 % (Cp) bei einer Konzentration von 50 mg/L, was auf eine Schädigung der Algenzellen bei steigender Konzentration hinweist.

Wirkung der binären Mischung (CIP+NOR) auf chl-a, chl-b und Carotinoide für (a) Cv, (b) Cp, (c) So, (d) T und (e) M.

Bei Tetradesmus sp (T) wurde die gleiche Aktivität in Pigmenten bis zu 5 mg/L beobachtet (Abb. 3d), und der Carotinoidgehalt nahm bei einer Konzentration von 50 mg/L um bis zu 27 % ab. Bei Monoraphidium sp (M) wurde eine erhöhte Pigmentaktivität bei Konzentrationen < 2,5 mg/L beobachtet (Abb. 3e) und der Carotinoidgehalt sank um bis zu 47 % bei einer Konzentration von 50 mg/L und bei Chlorella vulgaris (Cv) stieg Chl-a und die Chl-b-Aktivität wurde bei 1 mg/l beobachtet (Abb. 3a), was die empfindlichste Algenart unter den ausgewählten Algenarten darstellt. Die Carotinoidkonzentration nahm bei einer Konzentration von 50 mg/l allmählich um bis zu 50 % ab, was auf eine Schädigung der Zellen hinweist. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie stimmen mit den an Chlamydomonas mexicana16, Chlamydomonas reinhardtii51 und Scenedesmus obliquus42 durchgeführten Studien überein, die bestätigen, dass toxischer Stress die Pigmentaktivität entsprechend ihrer exponierten Konzentration im Medium verändern und die photosynthetische Aktivität in Algenzellen behindern kann.

Nach 96-stündiger Exposition gegenüber den verschiedenen Konzentrationen von CIP+NOR bei den ausgewählten Algenarten variierte die Sekretion der Protein-, Lipid- und Kohlenhydratkonzentration je nach Algenart. Abbildung 4 zeigt die Wirkung unterschiedlicher Konzentrationen der binären Mischung (CIP+NOR) auf Protein, Lipid und Kohlenhydrate in den ausgewählten Algenarten (Cv, Cp, So, T und M) bis zu ihren Kontrollläufen. Die wachstumsstimulierenden Effekte wurden bei allen ausgewählten Algenarten innerhalb ihres berechneten 96-Stunden-EC50-Werts beobachtet. Für Chlorella vulgaris (Cv) und Chlorella pyrenoidosa (Cp) wurden wachstumsstimulierende Wirkungen unterhalb ihres EC50-Wertes (< 25 mg/L) beobachtet. Hemmende Wirkungen wurden beobachtet, wenn die Konzentration über den EC50-Wert hinaus anstieg. Die Proteinanreicherung ist in allen Konzentrationen im Vergleich zu den Kontrollläufen drastisch zurückgegangen. Die maximale Lipidansammlung für Chlorella vulgaris (375 mg/L) wurde bei 1 mg/L und für Chlorella pyrenoidosa (646 mg/L) bei 5 mg/L angegeben. In unserer vorherigen Studie19 wurden, als Chlorella vulgaris CIP (5 mg/L) ausgesetzt wurde, wachstumsstimulierende Wirkungen mit einer höheren Anreicherung von Lipiden (465 mg/L), Kohlenhydraten (39 mg/L) und Proteinen (608 mg) beobachtet /L) als in dieser Studie angegeben. Die Abnahme der biochemischen Zusammensetzung in dieser Studie wird auf die Toxizität der binären Mischung zurückgeführt.

Wirkung der binären Mischung (CIP+NOR) auf Protein, Lipide und Kohlenhydrate für (a) Cv, (b) Cp, (c) So, (d) T und (e) M.

Als Scenedesmus obliquus (So) dem binären Gemisch ausgesetzt wurde, stieg die Lipidkonzentration auf bis zu 319 mg/L und sank dann über die EC50-Konzentration (39 mg/L) ab. Bei 1 mg/L und 2,5 mg/L wurde ein Anstieg der Proteinkonzentration beobachtet, der sich dann im Vergleich zu Kontrollläufen drastisch verringerte, während bei Kohlenhydraten der Wert in allen Testläufen abnahm. Bei Tetradesmus sp (T) kommt es zu einer allmählichen Abnahme von Protein und Kohlenhydraten, wenn die CIP+NOR-Konzentration steigt, die Lipidakkumulation war jedoch in allen Konzentrationen höher. Die maximale Lipidakkumulation von 290 mg/L wurde bei 5 mg/L (CIP+NOR) beobachtet. Bei der Art Monoraphidium sp (M) wurde bei einer CIP+NOR-Konzentration von 1 mg/L eine maximale Akkumulation von Lipiden (296 mg/L) und Proteinen (518 mg/L) beobachtet, während bei Kohlenhydraten die Werte in allen Fällen abnahmen Testläufe. Der Grund für dieses Verhalten in Algenzellen liegt in der Tatsache, dass das Chlorophyllpigment während der Photosynthese eine Kohlenstofffixierung durchführt und Energie in Form von Stärke speichert. Wenn jedoch die photosynthetische Aktivität der Algen abnimmt, nimmt auch die Kohlenhydratproduktion ab. Die beobachteten Ergebnisse dieser vorliegenden Studie stimmen mit dem vorherigen Bericht über Antibiotika-Stress bei Algen überein52.

Für die Entfernungsstudien wird eine binäre Mischung aus CIP und NOR mit Konzentrationen von 6,5 mg/L (CIP) und 0,5 mg/L (NOR) ausgewählt, da diese binäre Mischung in diesen Konzentrationen in der aquatischen Umwelt Indiens nachgewiesen wird21. Es ist bekannt, dass der EC50-Wert steigt, wenn die Expositionszeit verlängert wird, da Algen bekanntermaßen die toxischen Bedingungen akklimatisieren, um in der aquatischen Umwelt zu überleben16. Aus den Ergebnissen zur akuten Toxizität können wir schließen, dass alle ausgewählten Algenarten diese ausgewählte Konzentration der binären Mischung tolerieren können. Die wachstumsstimulierende Wirkung bei Algen kann es den Algenarten ermöglichen, die binäre Mischung aus dem Algenmedium zu entfernen. Abbildung 5 zeigt die Experimente zur Entfernung von CIP+NOR.

Experiment zur Entfernung von CIP+NOR.

Die Algenzelldichte und Chl-a wurden täglich überwacht, bis die Algenarten während ihres Wachstums die Todesphase erreichten. Abbildung 6 vergleicht die Wachstumsphase der Algenarten in den Testläufen mit den Kontrollläufen. Die spezifische Wachstumsrate für Kontrollläufe betrug 0,22 d−1 (Cv), 0,15 d−1 (Cp), 0,18 d−1 (So), 0,15 d−1 (T) und 0,14 d−1 (M), während für In den Testläufen wurden 0,28 d−1 (Cv), 0,2 d−1 (Cp), 0,23 d−1 (So), 0,17 d−1 (T) und 0,19 d−1 (M) erreicht. Die maximale Wachstumsrate wurde für (So) 0,65 d−1 am 4. Tag der exponentiellen Wachstumsphase aufgezeichnet und die niedrigste Wachstumsrate wurde im (Cv) (− 0,01 d−1) am 6. Tag beobachtet (Abb. 6a). Die negative Wachstumsrate zeigt den Rückgang der Algenzelldichte aufgrund des Vorhandenseins der binären Mischung an, was die Bewertung der akuten Toxizität bestätigt, dass (Cv) die empfindlichste Art und (So) die toleranteste Art gegenüber der binären Mischung von CIP ist +NOR. Dunnett-Tests wurden durchgeführt, um die Kontrollläufe und Testläufe in allen Versuchsläufen zu vergleichen und die statistische Signifikanz zu ermitteln. Die generierten p-Werte betrugen 0,04 (Cv), 0,03 (Cp), 0,03 (So), 0,02 (T) und 0,04 (M). die auf dem (p < 0,05)-Niveau statistisch signifikant waren.

Auswirkung der binären Mischung (CIP+NOR) auf Zelldichte und chl-a für (a) Cv, (b) Cp, (c) So, (d) T und (e) M.

Das Wachstumsmuster und die Chl-a-Aktivität aus den Ergebnissen zeigen die Fähigkeit der Algen, sich an die Stressbedingungen anzupassen, die durch die binäre Mischung aus CIP+NOR verursacht werden. Bei allen Arten waren die Wachstumsrate und Chl-a während der 2–3 Tage seiner Wachstumsphase aufgrund des akuten Stresses gehemmt. Die Zelldichte und die Chl-a-Aktivität stiegen nach Tag 3 stärker an als bei den Kontrollläufen, was die wachstumsstimulierende Reaktion der Algenart bestätigt. Bei Scenedesmus obliquus (So) stieg die photosynthetische Aktivität bereits am 7. Tag an (Abb. 6c), während bei anderen Arten die chl-a-Aktivität abnahm, was die hemmenden Testergebnisse bestätigte, dass (So) sich besser an die toxischen Bedingungen anpasste als andere ausgewählte Arten .

Die biotische Entfernung (Bioadsorption, Bioakkumulation und biologischer Abbau) und die abiotische Entfernung (Photoabbau) sind die beiden Hauptbeiträge zur Entfernung von CIP+NOR im Medium. Die abiotische Entfernung wird berücksichtigt, um die tatsächliche biotische Entfernung durch Algen im Medium zu beurteilen. Es wurde beobachtet, dass die abiotische Entfernung von NOR (10 %) > CIP (1,9 %) nach 7 Tagen (Abb. 7f), was darauf hindeutet, dass NOR im Vergleich zu CIP45 empfindlicher gegenüber Photoabbau ist, die Entfernung durch abiotische Bedingungen ist jedoch vernachlässigbar im Vergleich zur biotischen Entfernung.

HPLC-Overlay-Detektionspeaks der binären Zusammensetzung (CIP+NOR) für (a) Cv, (b) Cp, (c) So, (d) T, (e) M und (f) abiotische Entfernung.

Bioadsorption, Bioakkumulation und biologischer Abbau sind gleichzeitige Vorgänge, die in den Algenzellen bei der Assimilation von Schadstoffen ablaufen53,54. Bioadsorption ist ein extrazellulärer Mechanismus, der von den funktionellen Gruppen (Proteine, Zellulose und Hemizellulose) abhängt, gefolgt von einer Bioakkumulation, bei der Algen dem Stress durch die Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) entgegenwirken, was zum biologischen Abbaumechanismus in Algen führt53,54. Chl-a ist ein wichtiges lichtsammelndes Pigment. Während der Photosynthese setzt es Protonen innerhalb der Zelle frei, was die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) steigert, um dem durch den Schadstoff verursachten Stress entgegenzuwirken55. Diese in der Algenzelle erzeugten ROS sind am Abbau stressverursachender Schadstoffe im Algenmedium beteiligt56. Der Beitrag jedes Mechanismus zur Entfernung einer binären Mischung (CIP + NOR) ist in Tabelle 2 aufgeführt. Abbildung 7 zeigt die konsolidierten Overlay-Peakkurven, die in der HPLC-Analyse zur Bestimmung des von verschiedenen Algenarten angepassten Entfernungsmechanismus aufgezeichnet wurden

Die Entfernungseffizienz der binären Mischung liegt in der Reihenfolge So > Cp > T > M > Cv, was mit der berechneten 96-Stunden-EC50-Reihenfolge So > Cp > T > M > Cv übereinstimmt. Bei Chlorella vulgaris (Cv) ist der biologische Abbau (92 %) der wichtigste Abbaumechanismus für CIP, der biologische Abbau von NOR beträgt jedoch nur 6 % und 19 % des NOR werden in der Algenzelle angesammelt. Der EC50-Wert zeigte an, dass Cv im Vergleich zu NOR empfindlicher auf CIP reagiert, um dem verursachten Stress entgegenzuwirken: Reduzierung von CIP (55 %) > NOR (25 %) im Algenmedium. Beitrag des biologischen Abbaus zur Entfernung von CIP + NOR, in Chlorella pyrenoidosa (Cp) CIP (88 %) > NOR (67 %), Scenedesmus obliquus (So) CIP (88 %) > NOR (87 %), Tetradesmus sp (T) CIP (72 %) < NOR (82 %) und für Monoraphidium sp (M) CIP (87 %) > NOR (84 %). Es ist interessant zu beobachten, dass das biologische Abbaupotenzial von Monoraphidium sp (M) im Vergleich zu Scenedesmus obliquus (So) höher ist, obwohl die Studien zur akuten Toxizität gezeigt haben, dass es empfindlich auf die binäre Mischung reagiert.

Der Bioadsorptionsbeitrag für NOR ist bei der Chlorella-Art mit 31 % (Cv) bzw. 14 % (Cp) höher als bei anderen Arten. Diese Aktivität bei Chlorella-Arten kann anhand des log Kow-Werts von NOR (0,46) bewertet werden, der höher ist als CIP (0,26). Studien haben gezeigt, dass die Adsorption von Schadstoffen an den Zellen umso größer ist, je höher der Wert ist19,57. Der Bioadsorptionsbeitrag (%) kann auch je nach Artassimilations- und Akklimatisierungspotenzial der Algenarten variieren. In Tetradesmus sp (T) beträgt der Beitrag zum biologischen Abbau von NOR 82 % > CIP (72 %) und die Bioakkumulation von NOR liegt unter der Nachweisgrenze (BDL). Bei Scenedesmus obliquus (So) beträgt der Bioadsorptionsbeitrag für CIP 6 % und für NOR 0,39 %, und es kann festgestellt werden, dass der biologische Abbaubeitrag für NOR 87 % beträgt, was höher ist als bei den anderen getesteten Arten, und die Bioakkumulation von NOR liegt unter dem Abzug Grenze der Ausrüstung. Aus den erhaltenen Ergebnissen geht hervor, dass Scenedesmus obliquus bei der Entfernung von CIP + NOR wirksam ist.

Aus den Versuchsberichten lässt sich ableiten, dass Scenedesmus obliquus hinsichtlich der Toleranz (96 h EC50) und der Entfernungseffizienz besser abschneidet. Die biotransformierten Produkte im Scenedesmus obliquus werden durch LC-MS-Analyse bewertet (Abb. 7) und der mögliche biotransformierte Weg ist in Abb. 8 dargestellt. Die in den Algenzellen erzeugten ROS greifen die Chinoloneinheit (Carboxylgruppe) und das F-Atom an und Piperazin, um die Ausgangsverbindung als Reaktion auf den durch die binäre Mischung verursachten Stress in weniger toxische Stoffe aufzuspalten. Die Zersetzung von Piperazinyl durch das Enzym Cytochrom P450 und die Defluorierung sowie die Fragmentierung von C5H5N2 aus dem CIP durch die ROS führten zur Bildung von 1-Cyclopropyl-4-oxo-1,4-dihydrochinolin-3-carbonsäure (C1) und zum Abbau von Die Chinolin-Einheit führte zur Bildung von Chinolin-4(1H)-on (C2). 1-Ethyl-4-oxo-1,4-dihydrochinolin-3-carbaldehyd (N1) und 1-Methylchinolin-4(1H)-on (N2) sind die beiden biotransformierten Produkte, die als Ergebnis der Desethylierung und Defluorierung von NOR im Inneren entstehen Algenzellen. Der vorgeschlagene Abbauweg in Abb. 8 stimmt mit der Literaturübersicht überein58,59,60.

Möglicher Biotransformationsweg von CIP+NOR in Scenedesmus obliquus.

ECOSAR wird verwendet, um die akute Toxizität (96 h EC50) für biotransformierte Produkte C1 (866 mg/L), C2 (156 mg/L), N1 (185 mg/L) und N2 (71 mg/L) vorherzusagen. Die biotransformierten Produkte waren im Vergleich zu den Ausgangsverbindungen aufgrund des Verlusts des Fluoratoms und des Piperazinrings in den Verbindungen weniger toxisch, da diese Substituenten zur antibakteriellen Aktivität von Fluorchinolonen beitragen61. Das Vorhandensein harmloser biotransformierter Produkte in Scenedesmus obliquus weist auf das Potenzial der Algen hin, diese toxischen Verbindungen in Abwassermatrizes zu behandeln, ohne dass toxische Nebenprodukte entstehen.

In allen Versuchsläufen war die Akkumulation von Biomasse (Trockenzellgewicht) in den Testläufen höher als in den Kontrollläufen. Die Bewertung der biochemischen Zusammensetzung (Kohlenhydrate, Lipide und Proteine) ist in Tabelle 3 aufgeführt. Aus der Tabelle geht hervor, dass Scenedesmus obliquus (So) einen höheren Lipid- (35 %), Kohlenhydrat- (18 %) und Proteingehalt (33) aufweist %) Akkumulation im Vergleich zu den Kontrollläufen, was die wachstumsstimulierende Reaktion bei den (So)-Arten bestätigt. Bei den Algenarten (Cv, Cp, T und M), die empfindlich auf die binäre Mischung reagieren, verringerte sich die Proteinproduktion im Vergleich zu den Kontrollläufen. Algenzellen wandeln die Kohlenstoffquelle und CO2 während der Photosynthese durch die Wirkung der Chl-a-Aktivität in Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) um62. G3P ist für die Produktion von Proteinen, Kohlenhydraten und die Ansammlung von Lipiden in der Zelle verantwortlich. Insbesondere Proteine und Lipide sind das Ergebnis der Bildung von Acetyl-CoA und Pyruvat aus G3P. Wenn sich ein giftiger Schadstoff in Algenzellen ansammelt, wirken die Zellen entgegen die Stressbedingungen durch die Steigerung der Produktion von Lipiden als Abwehrmechanismus63. Die erhöhte Produktion von Lipiden im Vergleich zum Protein ist bei allen Algenarten auf das Ergebnis des durch CIP+NOR verursachten Stresses zurückzuführen.

Vergleich der biochemischen Zusammensetzung der Biomasse aller Algenarten. (So) hat eine höhere Lipidakkumulation mit guter Entfernungseffizienz und kann auch den durch die binäre Mischung verursachten Stress tolerieren. Scenedesmus obliquus ist unter diesen getesteten Algenarten der am besten geeignete Kandidat für die Behandlung von mit Antibiotika verunreinigtem Wasser und bietet den Vorteil einer wertvollen Biomasseproduktion.

In dieser experimentellen Studie wurden Hemmtests für Chlorella vulgaris (Cv), Chlorella pyrenoidosa (Cp), Scenedesmus obliquus (So) und Tetradesmus sp (T) sowie Monoraphidium (M) durchgeführt, indem das Algenmedium mit der binären Mischung (CIP) versetzt wurde +NOR). Die Bewertung der akuten Toxizität ergab, dass Scenedesmus obliquus mit einer Hemmung von 49 % bei 50 mg/L die am wenigsten empfindliche Algenart ist. Darüber hinaus ergaben Entfernungsstudien, dass Scenedesmus obliquus bei der Entfernung beider Schadstoffe eine bessere Leistung erbrachte, wobei der biologische Abbau der wichtigste Entfernungsmechanismus war. LC –MS-Ergebnisse zeigten, dass die biotransformierten Produkte weniger toxisch sind als die Ausgangsverbindung. Die Analyse der biochemischen Zusammensetzung (Proteine, Kohlenhydrate und Lipide) ergab, dass die wachstumsstimulierende Wirkung bei (So) stärker beobachtet wurde. Diese Wirkung trägt zu einem Vorteil bei der Nutzung von Biomasse nach bei Behandlung zur Herstellung von Bioprodukten mit Mehrwert.

Scenedesmus obliquus kann nicht eingesetzt werden, wenn die Konzentration der Binärmischung im Medium über dem Toleranzwert liegt. Es besteht jedoch Bedarf, die Leistung von Scenedesmus obliquus in einer Pilotstudie (reale Abwasserbedingungen) zu optimieren und zu bewerten. Darüber hinaus muss die Bildung biotransformierter Produkte in Gegenwart anderer Schadstoffe im realen Abwasser untersucht werden.

Alle im Rahmen dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem Artikel enthalten.

Khouja, T., Mitsantisuk, K., Tadrous, M. & Suda, KJ Weltweiter Verbrauch antimikrobieller Mittel: Auswirkungen des globalen Aktionsplans der WHO auf antimikrobielle Resistenzen und die Coronavirus-Pandemie 2019 (COVID-19). J. Antimicrob. Chemother. 77, 1491–1499 (2022).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Danner, M., Robertson, A., Behrends, V. & Reiss, J. Antibiotikaverschmutzung in Oberflächensüßwasser: Vorkommen und Auswirkungen. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 664, 793–804 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Laxminarayan, R. et al. Antibiotikaresistenz – die Notwendigkeit globaler Lösungen. Lanzetteninfektion. Dis https://doi.org/10.1016/S1473-3099(13)70318-9 (2013).

Artikel PubMed Google Scholar

Laxminarayan, R. & Chaudhury, RR Antibiotikaresistenz in Indien: Treiber und Handlungsmöglichkeiten. PLoS Med. https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1001974 (2016).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Hendriksen, RS et al. Globale Überwachung antimikrobieller Resistenzen basierend auf metagenomischen Analysen städtischer Abwässer. Nat. Komm. 10, 1124 (2019).

Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ricky, R. & Shanthakumar, S. Integrierter Phycoremediation-Ansatz zur Entfernung von Arzneimitteln und Körperpflegeprodukten aus Abwasser: Ein Überblick. J. Umgebung. Geschäftsführer 302, 113998 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Kümmerer, K. Antibiotika in der aquatischen Umwelt: Eine Übersicht – Teil I. Chemosphere 75, 417–434 (2009).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Cherian, JJ et al. Indiens Weg zur Unabhängigkeit bei der Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe: Fokus auf lebenswichtige Medikamente. Volkswirtschaften 9, 71 (2021).

Artikel Google Scholar

Bhagat, C., Kumar, M., Tyagi, VK & Mohapatra, PK Neigungen zur Prävalenz und Behandlung von Antibiotika im Umgebungswasser: Eine Übersicht. npj Clean Water 3, 42 (2020).

Artikel Google Scholar

Gou, Y. et al. Abbau von Fluorchinolonen in homogenen und heterogenen Photo-Fenton-Prozessen: Eine Übersicht. Chemosphere 270, 129481 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Van Doorslaer, X., Dewulf, J., Van Langenhove, H. & Demeestere, K. Fluorchinolon-Antibiotika: Eine aufstrebende Klasse von Umweltmikroschadstoffen. Wissenschaft. TotalEnviron. 500–501, 250–269 (2014).

Artikel PubMed Google Scholar

Yang, Q. et al. Antibiotika: Ein Überblick über das Vorkommen, die Toxizität, den Abbau und die Entfernungsmethoden in der Umwelt. Bioengineered 12, 7376–7416 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Maia, AS et al. Abbau von Fluorchinolon-Antibiotika und Identifizierung von Metaboliten/Transformationsprodukten mittels Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie. J. Chromatogr. A 1333, 87–98 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Jia, A., Wan, Y., Xiao, Y. & Hu, J. Vorkommen und Verbleib von Chinolon- und Fluorchinolon-Antibiotika in einer kommunalen Kläranlage. Wasserres. 46, 387–394 (2012).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Abinandan, S. & Shanthakumar, S. Herausforderungen und Chancen bei der Anwendung von Mikroalgen (Chlorophyta) zur Abwasserbehandlung: Ein Überblick. Erneuern. Aufrechterhalten. Energy Rev. 52, 123–132 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Xiong, JQ, Kurade, MB, Kim, JR, Roh, HS & Jeon, BH Ciprofloxacin-Toxizität und seine kometabolische Entfernung durch eine Süßwasser-Mikroalge Chlamydomonas mexicana. J. Hazard. Mater. 323, 212–219 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Zhang, J., Fu, D. & Wu, J. Photoabbau von Norfloxacin in wässriger Lösung, die Algen enthält. J. Umgebung. Wissenschaft. 24, 743–749 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Pan, L.-J. et al. Untersuchung des biologischen Abbaus von Ciprofloxacin durch einen Thermus sp. aus Pharmaschlamm isoliert. J. Hazard. Mater. 343, 59–67 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ricky, R., Chiampo, F. & Shanthakumar, S. Wirksamkeit der Entfernung von Ciprofloxacin und Amoxicillin und die Wirkung auf die biochemische Zusammensetzung von Chlorella vulgaris. Bioengineering 9, 134 (2022).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hena, S., Gutierrez, L. & Croué, JP Entfernung von Pharma- und Körperpflegeprodukten (PPCPs) aus Abwasser mithilfe von Mikroalgen: Eine Übersicht. J. Hazard. Mater. 403, 124041 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Sengar, A. & Vijayanandan, A. Bewertung des menschlichen Gesundheits- und Umweltrisikos von 98 Arzneimitteln und Körperpflegeprodukten (PPCPs), die in indischen Oberflächen- und Abwässern nachgewiesen wurden. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 807, 150677 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Välitalo, P., Kruglova, A., Mikola, A. & Vahala, R. Toxikologische Auswirkungen von Antibiotika auf aquatische Mikroorganismen: Eine Kurzübersicht. Int. J. Hyg. Umgebung. Gesundheit 220, 558–569 (2017).

Artikel PubMed Google Scholar

OECD. Test Nr. 201: Alge, Wachstumshemmtest (OECD Publishing, 2011). https://doi.org/10.1787/9789264069923-en.

Buchen Sie Google Scholar

Dommange, X., Tanguy, PA & Jolicoeur, M. Machbarkeit der mechanischen Lipidextraktion aus lebensfähigem Monoraphidium minutum. Mikroalgen-Biotechnologie. 1, 12–19 (2015).

Artikel Google Scholar

He, Q., Yang, H., Wu, L. & Hu, C. Einfluss der Lichtintensität auf physiologische Veränderungen, Kohlenstoffverteilung und neutrale Lipidakkumulation in ölhaltigen Mikroalgen. Bioresour. Technol. 191, 219–228 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ravi Kiran, B. & Venkata Mohan, S. Phycoremediationspotenzial von Tetradesmus sp. SVMIICT4 bei der Behandlung von Molkereiabwasser mithilfe eines Flachbildschirm-Photobioreaktors. Bioresour. Technol. 345, 126446 (2022).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Bibi, F. et al. Produktion der Lipidbiosynthese aus der Mikroalge Tetradesmus nygaardii als Rohstoff für die Biodieselproduktion. Kraftstoff 326, 124985 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Hom-Diaz, A., Norvill, ZN, Blánquez, P., Vicent, T. & Guieysse, B. Ciprofloxacin-Entfernung während der sekundären häuslichen Abwasserbehandlung in Algenteichen mit hoher Rate. Chemosphäre https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.03.125 (2017).

Artikel PubMed Google Scholar

Hom-Diaz, A. et al. Einblicke in die Entfernung von Antibiotika durch ausgewählte Mikroalgen (Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella sorokiniana, Dunaliella tertiolecta und Pseudokirchneriella subcapitata). Algenres. 61, 102560 (2022).

Artikel Google Scholar

Raju, CBVN, Sharma, HK, Rao, SC & Rao, G. RP-HPLC-Methode zur Analyse verwandter Substanzen in der Arzneimittelsubstanz Amoxicillin. Acta Chromatogr. 21, 57–70 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Pistos, C., Tsantili-Kakoulidou, A. & Koupparis, M. Untersuchung des Retentions-/pH-Profils von zwitterionischen Fluorchinolonen in der Umkehrphasen- und Ionenwechselwirkungs-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie. J. Pharm. Biomed. Anal. 39, 438–443 (2005).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Meena, NS, Sahni, YP, Shrman, K., Singh, AK & Kumar, A. Nachweis von Norfloxacin in Muskeln, Leber und Niere von Masthühnern. Indian J. Anim. Res. 54, 739–743 (2020).

Google Scholar

Anjali, R. & Shanthakumar, S. Gleichzeitiger Abbau von Amoxicillin, Ciprofloxacin und Paracetamol in einer Mischung durch Ozonierung: Kinetik und Mechanismen. J. Sauber. Prod. 378, 134509 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Turner, M. Mikroalgen – Biotechnologie und Mikrobiologie. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology Vol. 183 (Cambridge University Press, 1994).

Google Scholar

Ricky, R., Shanthakumar, S. & Gothandam, KM Eine Pilotstudie des integrierten, auf Phycoremediation und photolytischer Ozonierung basierenden Sickerwasserbehandlungsverfahrens für Siedlungsabfälle. J. Umgebung. Geschäftsführer 323, 116237 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Chen, Y. & Vaidyanathan, S. Gleichzeitige Untersuchung von Pigmenten, Kohlenhydraten, Proteinen und Lipiden in Mikroalgen. Anal. Chim. Acta 776, 31–40 (2013).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Bligh, EG & Dyer, WJ Eine schnelle Methode zur vollständigen Lipidextraktion und -reinigung. Dürfen. J. Biochem. Physiol. 37, 911–917 (1959).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Krishna Moorthy, A., Govindarajan Rathi, B., Shukla, SP, Kumar, K. & Shree Bharti, V. Akute Toxizität des Textilfarbstoffs Methylenblau auf Wachstum und Stoffwechsel ausgewählter Süßwasser-Mikroalgen. Umgebung. Toxicol. Pharmakol. 82, 103552 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wang, J. & Wang, S. Toxizitätsänderungen des Abwassers während der Behandlung verschiedener fortgeschrittener Oxidationsprozesse: Ein Überblick. J. Sauber. Prod. 315, 128202 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Magdaleno, A., Saenz, ME, Juárez, AB & Moretton, J. Auswirkungen von sechs Antibiotika und ihren binären Mischungen auf das Wachstum von Pseudokirchneriella subcapitata. Ökotoxikol. Umgebung. Sicher. 113, 72–78 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Xiong, JQ, Kurade, MB & Jeon, BH Biologischer Abbau von Levofloxacin durch eine akklimatisierte Süßwasser-Mikroalge, Chlorella vulgaris. Chem. Ing. J. 313, 1251–1257 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Xiong, J.-Q. et al. Biologischer Abbau von Carbamazepin unter Verwendung der Süßwasser-Mikroalgen Chlamydomonas mexicana und Scenedesmus obliquus und Bestimmung seines metabolischen Schicksals. Bioresour. Technol. 205, 183–190 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Bai, X. & Acharya, K. Entfernung von Trimethoprim, Sulfamethoxazol und Triclosan durch die Grünalge Nannochloris sp. J. Hazard. Mater. 315, 70–75 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ding, T. et al. Toxizität, Abbau und metabolisches Schicksal von Ibuprofen auf Süßwasser-Diatomeen Navicula sp. J. Hazard. Mater. 330, 127–134 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Babić, S., Periša, M. & Škorić, I. Photolytischer Abbau von Norfloxacin, Enrofloxacin und Ciprofloxacin in verschiedenen wässrigen Medien. Chemosphere 91, 1635–1642 (2013).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Ortiz de García, SA, Pinto Pinto, G., García-Encina, PA & Irusta-Mata, R. Ökotoxizität und Umweltrisikobewertung von Arzneimitteln und Körperpflegeprodukten in Gewässern und Abwasseraufbereitungsanlagen. Ecotoxicology 23, 1517–1533 (2014).

Artikel PubMed Google Scholar

Nie, X., Wang, X., Chen, J., Zitko, V. & An, T. Reaktion der Süßwasseralge Chlorella vulgaris auf Trichlorisocyanursäure und Ciprofloxacin. Umgebung. Toxicol. Chem. 27, 168–173 (2008).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Geiger, E., Hornek-Gausterer, R. & Saçan, MT Einzel- und Gemischtoxizität von Arzneimitteln und Chlorphenolen gegenüber Süßwasseralgen Chlorella vulgaris. Ökotoxikol. Umgebung. Sicher. 129, 189–198 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Eguchi, K. et al. Bewertung antimikrobieller Wirkstoffe für den veterinärmedizinischen Einsatz im Ökotoxizitätstest an Mikroalgen. Chemosphere 57, 1733–1738 (2004).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Tang, DYY et al. Dreiphasige Aufteilung gemischter Scenedesmus und Desmodesmus zur Nährstoffextraktion und Vorhersage der Chlorophyllzusammensetzung für die Algenblüte. Umgebung. Technol. (Vereinigtes Königreich) https://doi.org/10.1080/09593330.2022.2150094 (2022).

Artikel Google Scholar

Wan, L., Wu, Y., Ding, H. & Zhang, W. Toxizität, biologischer Abbau und metabolisches Schicksal des Organophosphor-Pestizids Trichlorfon auf die Süßwasseralge Chlamydomonas reinhardtii. J. Agrar. Lebensmittelchem. 68, 1645–1653 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Xiong, JQ et al. Toxizität von Sulfamethazin und Sulfamethoxazol und ihre Entfernung durch eine grüne Mikroalge, Scenedesmus obliquus. Chemosphere 218, 551–558 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Yu, Y. et al. Untersuchung des Entfernungsmechanismus des Antibiotikums Ceftazidim durch Grünalgen und anschließende Bewertung der mikrobiellen Wirkung. Wissenschaft. Rep. 7, 4168 (2017).

Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lau, ZL et al. Ein Überblick über die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Mikroalgen und Nanomaterialien: Wachstumsvariation, Photosyntheseleistung und Toxizität. Bioresour. Technol. 351, 127048 (2022).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Liu, X., Wu, F. & Deng, N. Photoproduktion von Hydroxylradikalen in wässriger Lösung mit Algen unter einer Hochdruck-Quecksilberlampe. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 38, 296–299 (2004).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Bai, X. & Acharya, K. Algenvermittelte Entfernung ausgewählter Arzneimittel und Körperpflegeprodukte (PPCPs) aus dem Wasser des Lake Mead. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 581–582, 734–740 (2017).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Rogers, HR Quellen, Verhalten und Verbleib organischer Schadstoffe bei der Abwasserbehandlung und in Klärschlämmen. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 185, 3–26 (1996).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Feng, NX et al. Kometabolischer Abbau des Antibiotikums Ciprofloxacin durch das angereicherte Bakterienkonsortium XG und die Zusammensetzung seiner Bakteriengemeinschaft. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 665, 41–51 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Xu, D. et al. Verbesserte molekulare Sauerstoffaktivierung auf (001)-Facetten von Zn-dotierten BiOCl-Nanoblättern für den Ciprofloxacin-Abbau. Adv. Mater. Schnittstellen 7, 2000548 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Zhao, R. et al. Effizienter enzymatischer Abbau als Vorbehandlung zur Norfloxacin-Entfernung durch Belebtschlamm. Bioprozess-Biosystem. Ing. 40, 1261–1270 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Amorim, CL, Moreira, IS, Maia, AS, Tiritan, ME & Castro, PML Biologischer Abbau von Ofloxacin, Norfloxacin und Ciprofloxacin als Einzel- und Mischsubstrate durch Labrys portucalensis F11. Appl. Mikrobiol. Biotechnologie. 98, 3181–3190 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Debnath, C. et al. Mikroalgen: Nachhaltige Kohlenhydratquelle in der Biokraftstoffproduktion der dritten Generation. Erneuern. Aufrechterhalten. Energy Rev. 150, 111464 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Alishah Aratboni, H., Rafiei, N., Garcia-Granados, R., Alemzadeh, A. & Morones-Ramírez, JR Strategien zur Biomasse- und Lipidinduktion in Mikroalgen für die Biokraftstoffproduktion und andere Anwendungen. Mikrob. Zellfakt. 18, 178 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

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Die Autoren danken dem Vellore Institute of Technology (VIT) für die Unterstützung dieser Arbeit.

Abteilung für Umwelt- und Wasserressourcentechnik, Fakultät für Bauingenieurwesen, Vellore Institute of Technology (VIT), Vellore, 632014, Indien

R. Ricky

Zentrum für saubere Umwelt, Vellore Institute of Technology (VIT), Vellore, 632014, Indien

S. Shanthakumar

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RR: Formale Analyse, Untersuchung, Zahlen, Schreiben – ursprünglicher und überarbeiteter Entwurf. SS: Methodik, Supervision, Konzeptualisierung, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung.

Korrespondenz mit S. Shanthakumar.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Ricky, R., Shanthakumar, S. Eine Untersuchung zur Entfernung von Ciprofloxacin und Norfloxacin durch Phycoremediation mit Schwerpunkt auf akuter Toxizität und biochemischer Zusammensetzung. Sci Rep 13, 13911 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-41144-y

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Eingegangen: 27. Dezember 2022

Angenommen: 22. August 2023

Veröffentlicht: 25. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-41144-y

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