Rośliny, antybiotyki i środowisko

Chemioterapeutyki są grupą związków chemicznych aktywnych biologicznie. Znajdują zastosowanie zarówno w medycynie, jak i w weterynarii. W organizmach ludzi i zwierząt podlegają metabolizmowi, często nie są jednak metabolizowane w całości, część dawki zostaje wydalana w formie niezmienionej do środowiska. Metabolity leków także posiadają aktywność biologiczną, niektóre z nich zachowują ją przez długi okres czasu po wydaleniu z organizmu. W przeciwieństwie do zanieczyszczeń środkami chemicznymi pochodzenia rolniczego leki wprowadzane są do środowiska nieustannie. Pomimo, że zjawisko występowania farmaceutyków w środowisku odkryto już w latach siedemdziesiątych, to stosunkowo niedawno zainteresowano się w szerszym zakresie tym problemem. Pierwszym odnalezionym w środowisku związkiem był kwas klofibrowy stwierdzony w ściekach oczyszczonych na poziomie 0,8-2 µg/l w Stanach Zjednoczonych.

W ostatnich latach coraz większe „znaczenie” jako zanieczyszczenie środowiska zyskują antybiotyki. Jest to obszerna grupa chemioterapeutyków mająca na celu zwalczanie mikroorganizmów. Zadaniem antybiotyków jest wywołanie efektu biologicznego, może nim być unicestwienie lub zahamowanie rozwoju mikroorganizmów. Erę antybiotyków zapoczątkowało wynalezienie w 1928 roku penicyliny przez Fleminga. Od tego czasu ich znaczenie już tylko wzrastało, przyniosły przełom w leczeniu wielu chorób ludzi i zwierząt, wcześniej śmiertelnych.

Antybiotyki podobnie jak inne farmaceutyki nie są całkowicie metabolizowane w organizmie. Część dawki leku trafia w niezmienionej postaci do środowiska po wydaleniu z organizmu wraz z moczem i kałem. Przykładem może być oksytetracyklina, której 21% podanej dawki wydalanej jest do środowiska w postaci niezmienionej. Nie tylko same leki, ale także ich metabolity mogą pozostawać aktywne przez określony czas zależny od wielu czynników takich jak: rodzaj leku, właściwości gleby, warunki klimatyczne. Leki do środowiska mogą trafiać na kilka sposobów, niezmetabolizowane antybiotyki lub ich aktywne metabolity stosowane w medycynie trafiają do szamb przydomowych skąd mogą przenikać do wód gruntowych, lub systemem kanalizacji trafić do oczyszczalni. Z niej ze względu na niecałkowite usuwanie mogą trafiać do środowiska w postaci ścieków oczyszczonych lub osadu pościekowego stosowanych do nawadniania gruntów i nawożenia pól uprawnych. Antybiotyki stosowane w weterynarii wydalane przez zwierzęta trafiają do gleby wraz z gnojowicą lub obornikiem, następnie mogą przenikać do wód gruntowych, rzek i jezior. Źródłami leków w środowisku mogą być także bezpośrednie spływy z hodowli zwierząt oraz stawy hodowlane. Dla przykładu zawartość chlorotetracykliny w oborniku pochodzącym z hodowli świń wahała się w granicach od 108 mg•kg-1 do 879,6 mg•kg-1.

Występowanie antybiotyków w środowisku niesie ze sobą wiele zagrożeń. Najczęściej mówi się o zjawisku lekooporności bakterii, czyli o uodparnianiu się mikroorganizmów na poszczególne leki lub na całe grupy leków. Istnieją także zagrożenia bezpośrednie takie jak toksyczność leków dla ludzi oraz zwierząt oraz ryzyko zaburzenia równowagi ekosystemów. Udowodniono, że rośliny rosnące w glebie zawierającej antybiotyki są w stanie je pobierać z podłoża oraz kumulować, co stanowi zagrożenie dla konsumentów. Udowodniono doświadczalnie, że antybiotyki mają wpływ na wzrost i rozwój roślin. Już niewielkie dawki antybiotyków powodowały spadek świeżej masy roślin, obniżenie tempa wzrostu oraz zmiany w aktywności enzymów. Ze względu na zmiany w roślinach wywołane zawartością antybiotyku w podłożu możemy je zastosować jako bioindykatory stanu środowiska. Istnieje potrzeba prowadzenia badań, aby wykazać które rośliny się do tego celu nadają. Poszczególne gatunki różnić się mogą pod kątem reakcji na poszczególne antybiotyki w określonych stężeniach, znaczenie może mieć także czas ekspozycji na określony lek.

Biomonitoring są to działania mające na celu ocenę stanu środowiska naturalnego. Rozszerzając to stwierdzenie możemy powiedzieć, że biomonitoring ma na celu ocenę oddziaływania poszczególnych substancji na organizmy żywe oraz ekosystemy, ale i także zbadanie zawartości zanieczyszczeń w wodzie oraz powietrzu. Może też służyć weryfikacji efektywności działań prowadzonych na rzecz ochrony przyrody. Zwiększająca się zawartość antybiotyków w środowisku niesie ze sobą potrzebę oszacowania ich wpływu na organizmy żywe oraz na całe ekosystemy.

Dariusz Rydzyński

Literatura:

• Grassi M, Rizzo L, Farina A., 2013. Endocrine disruptors compounds, pharmaceuticals and personal care products in urban wastewater: implications for agricultural reuse and their removal by adsorption process. Environ. Sci. Pollut. Res. 20, 3616–28.
• Grugel C., 2006. Risk management for the limitation of antibiotic resistance. Meeting report. Int. J. Med. Microbiol. 296, 1–3.
• Hoese A., Clay S.A., Clay D.E., Oswald J., Trooien T., Thaler R., Carlson C.G., 2009. Chlortetracycline and tylosin run off form soils treated with antimicrobial containing manure. J. Environ. Sci. Health., Part B Pesticides 44, 371–378.
• Jørgensen S.E., Halling‐Sørensen B., 2000. Drugs in the environment. Chemosphere 40, 691- 699. Kay P., Blackwell P.A., Boxall A.B.A., 2005. Transport of veterinary antibiotics in overland flow following the application of slurry to arable land. Chemosphere 59, 951–959.
• Kumar K., Gupta S.C., Baidoo S.K., Chander Y., Rosen C.J., 2005. Antibiotic uptake by plants from soil fertilized with animal manure. J. Environ. Qual. 34, 2082–2085.
• Lalumera G.M., Calamari D., Galli P., Castiglioni S., Crosa G., Fanelli R., 2004. Preliminary investigation on the environmental occurrence and effects of antibiotics used in aquaculture in Italy. Chemosphere 54, 661–668.
• Migliore L., Civitareale C., Cozzolino S., Casoria P., Brambilla G., Gaudio L., 1998. Laboratory models to evaluate phytotoxicity of sulphadimethoxine on terrestrial plants. Chemosphere 37, 2957–2961.
• Montforts M.H.M.M., 1999. Environmental risk assessment for veterinary medicinal products. Part 1: Other than GMO-containing and immunological products. National Institute of Public Health and the Environment, Bithoven.