Applicazione dell'impulso

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 7354 (2022) Citare questo articolo

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La doxiciclina (DOX), un antibiotico comunemente usato in medicina e veterinaria, viene spesso rilevata nei corsi d'acqua naturali. L’esposizione dei batteri ai residui della DOX pone una pressione selettiva che porta alla comparsa comune di determinanti genetici di resistenza alla DOX tra i microrganismi, compresi i patogeni umani virulenti. In considerazione della diminuzione delle opzioni terapeutiche disponibili, abbiamo sviluppato un sistema di reazione-scarica a flusso continuo che genera scarica a bagliore a pressione atmosferica a radiofrequenza modulata a impulsi (pm-rf-APGD) destinato alla rimozione di DOX da soluzioni liquide. Nella procedura di ottimizzazione sono stati implementati un disegno dell'esperimento e una metodologia della superficie di risposta. L'efficienza di rimozione di DOX pari a 79 ± 4,5% e i prodotti di degradazione risultanti sono stati identificati mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni – rilevamento di serie di diodi, cromatografia liquida spettrometria di massa a tempo quadruplo di volo, cromatografia liquida a ultraprestazioni – spettrometria di massa tandem, carbonio organico totale, totale azoto, riflettanza totale attenuata Furrier Transform–Infrarossi e metodi basati su UV/Vis. La soluzione DOX trattata con pm-rf-APGD a causa delle specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto generate ha perso le sue proprietà antimicrobiche nei confronti di Escherichia coli ATCC25922 o ha ridotto significativamente le attività biocide del 37% e del 29% in relazione allo Staphylococcus haemolyticus ATCC29970 e allo Staphylococcus aureus ATCC25904, rispettivamente. Si prevede la futura implementazione di questa tecnologia di degradazione degli antibiotici efficiente ed ecologica nei sistemi di purificazione delle acque reflue.

L’aumento della resistenza agli antibiotici tra gli agenti patogeni umani virulenti è oggi una delle minacce mediche più allarmanti. Ciò deriva dal fatto che questi farmaci vengono spesso prescritti erroneamente o somministrati in dosi inadeguate. In molti paesi gli antibiotici trovano applicazione anche a fini preventivi non terapeutici o per stimolare la crescita degli animali. Negli Stati Uniti, ad esempio, il 50% delle 22.700 tonnellate di queste sostanze prodotte ogni anno viene utilizzato nella zootecnia, nell'agricoltura e nell'acquacoltura1. A causa degli elevati tassi di produzione e applicazione, questi composti, sia in forma indigena che metabolizzata, possono raggiungere le acque superficiali, le acque sotterranee o i sedimenti insieme ai dilavamenti dei campi, nonché agli scarichi diretti dell'allevamento/trasformazione alimentare e solo parzialmente purificati effluenti municipali, medici o farmaceutici2. Bisogna tenere in considerazione che i comuni impianti di trattamento delle acque reflue sono inefficienti nella decomposizione di questo gruppo di farmaci. A causa delle potenti attività biocide di queste sostanze, i cambiamenti innescati dagli antibiotici nella popolazione di batteri presenti nel sistema di trattamento delle acque reflue potrebbero impedire l’efficacia dei processi di degradazione della materia organica. Quando gli antibiotici semi- o non degradati raggiungono l’ambiente naturale, nonostante i disturbi nella reazione di nitrificazione3, si sospettano effetti negativi sui primi stadi di sviluppo degli organismi acquatici4, disturbi nella biodiversità delle comunità microbiche5 e l’acquisizione di resistenza a queste molecole6. avere luogo. L'esposizione alla pressione selettiva di dosi subletali di antibiotici porta alla selezione di popolazioni batteriche naturali che ospitano determinanti genetici associati alla resistenza. Questi geni o cluster di geni vengono trasmessi verticalmente o orizzontalmente, mentre quest'ultimo approccio coinvolge plasmidi, elementi genetici mobili o batteriofagi7. L'acquisizione di queste cassette genetiche può avvenire anche tramite fagocimento del DNA libero7. Pertanto, la resistenza agli antibiotici, che viene comunemente rilevata in microrganismi di origine dei corsi d'acqua o del suolo6, viene trasferita e si accumula in agenti patogeni umani resistenti o multiresistenti come Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus pneumoniae, Salmonella sp. Escherichia coli, Acinetobacter baumanii, Enterocccus sp., Clostridium difficile ecc8. Per questo motivo, gli antibiotici, inclusa la doxiciclina (α-6-deossiossitetraciclina; DOX), sono considerati inquinanti emergenti che comportano nuove sfide in termini di rimozione efficace. A causa della mancanza di una regolamentazione relativa alla qualità dell’acqua, la presenza di queste sostanze rappresenta sicuramente un grave rischio per l’ambiente naturale e la salute umana9.