Влияние цефазолина на видовой состав биоценоза активного ила Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 628.355.3

ВЛИЯНИЕ ЦЕФАЗОЛИНА НА ВИДОВОЙ СОСТАВ БИОЦЕНОЗА

АКТИВНОГО ИЛА

З. Е. Мащенко, В. В. Бахарев, А. К. Альжанова

EFFECT OF CEFAZOLINE ON THE SPECIES COMPOSITION OF THE ACTIVATED SLUDGE BIOCENOSIS

Z. E. Mashchenko, V. V. Bakharev, A. K. Alzhanova

Микроценоз активного ила обладает высокой чувствительностью к различным изменениям в среде. В связи с широким применением лекарственных средств в медицине, фармации и ветеринарии антибиотики попадают в окружающую среду со сточными водами городов, а также сельскохозяйственных и фармацевтических предприятий. Находящиеся в них противомикробные препараты могут влиять на микроорганизмы активного ила, использующегося на стадии биологической очистки бытовых и промышленных стоков. Приведены результаты исследований, характеризующих изменения видового состава биоценоза активного ила при однократном и многократном действии цефазолина. Для исследования микроорганизмов использовали метод «раздавленная капля» при увеличении 1000Х. При изучении микробиологических препаратов учитывали количество гидробионтов активного ила, их общее состояние, а также параметры, характеризующие качество флока: форму (степень округлости), четкость контура, структуру. Активный ил очистных сооружений г. Самары относится к третьему типу биоценоза. Однократное добавление цефазолина не оказывало негативного воздействия на видовое разнообразие активного ила. Отсутствие Amoeba и присутствие Testacea, Epistylis и тихоходок свидетельствовали об удовлетворительном функционировании активного ила при однократном действии антибиотика, а многократное его добавление приводило к негативному влиянию на состав биоценоза в процессе инкубации, видовое разнообразие организмов в активном иле уменьшалось через 48 ч.

биологическая очистка сточных вод, цефазолин, микроорганизмы активного ила

Microcenosis of activated sludge is highly sensitive to various changes in the environment. Due to the massive use of pharmaceuticals in medicine, pharmacy and veterinary medicine, antibiotics enter the environment with waste water from cities, as well as agricultural and pharmaceutical enterprises. Antimicrobials in wastewater can affect the microorganisms of activated sludge used at the stage of biological treatment of domestic and industrial effluents. The paper presents results of the studies characterizing changes in the species composition of the activated sludge biocenosis under single and multiple action of сefazoline. To study the microorganisms of activated sludge, the "smashed drop" method has been used with an increase of 1000X. In the

study of microbiological preparations, the following features have been taken into account: the number of hydrobionts of the activated sludge, their general condition, as well as the parameters characterizing the quality of the flow: shape (degree of roundness), contour clarity, structure. The activated sludge of the treatment facilities in the city of Samara belongs to the third type of biocenosis. A single addition of cefazoline has not had a negative impact on the species diversity of the activated sludge. The absence of Amoeba, the presence of Testacea, Epistylis, Тardigrada testified to the satisfactory operation of the activated sludge in a single action of antibiotic. Repeated addition of the antibiotic has led to a negative effect on the composition of the activated sludge biocenosis during incubation. The species diversity of organisms in the active silt has decreased after 48 hours of incubation

biological wastewater treatment, eefazoline, activated sludge microorganisms

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время водная окружающая среда становится ключевым фактором формирования устойчивости к антибиотикам. Антибиотики широко применяют для профилактики и лечения бактериальных инфекций, поражающих человека, животных и растения, также их используют в животноводстве как стимуляторы роста. Как следствие, они попадают в водоемы со сточными водами городов, а также сельскохозяйственных и фармацевтических предприятий [1, 2].

Вследствие этого в водоёмах, загрязненных стоками, увеличивается концентрация антибиотикорезистентных штаммов, что может привести к риску распространения инфекционных заболеваний, передаваемых водным путем [3]. Еще одним важным свойством противомикробных средств является их способность влиять на микроорганизмы активного ила, использующегося на стадии биологической очистки как бытовых, так и промышленных стоков. Так, наличие в сточных водах антибиотиков приводит к снижению скорости прироста активного ила очистных сооружений, при этом с повышением концентрации антибиотиков понижается эффективность разрушения органических веществ [2, 4].

Снижение эффективности биологического метода очистки сточных вод приводит к расширению спектра загрязнений в сточных водах, увеличению их токсичности и, как следствие, к угнетению биоценозов активных илов. Объективным показателем, позволяющим оценить действие загрязняющих веществ, может служить снижение видового разнообразия. Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или их численность значительно снизится, устойчивых же видов станет еще больше [5].

Цель исследовательской работы - изучение влияния цефазолина на видовой состав биоценоза активного ила при однократном и многократном действии антибиотика.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ В качестве тест-организмов в экспериментах использовали активный ил городских очистных сооружений г. Самары.

В качестве модельного антибиотика в исследованиях применяли цефазолин, который относится к цефалоспориновым антибиотикам. Его химическое строение представлено на рисунке.

NN

I NCHCNH

NN

ч \\

COH

Рис. Химическая структура цефазолина Fig. Chemical structure of cefazoline

Для исследования видового состава биоценоза активного ила использовали метод «раздавленная капля» при увеличении 1000Х. При изучении микробиологических препаратов учитывали количество гидробионтов активного ила, их общее состояние, а также параметры, характеризующие качество флока: форму (степень округлости), четкость контура, структуру [5, 6].

Инкубацию антибиотиков с активным илом проводили в течение 72 ч при температуре 25 0С в следующих условиях (табл. 1).

Таблица 1. Условия инкубирования активного ила Table 1. Conditions for the activated sludge incubation

Номер пробы Цефазолин

1 Нет

2 Да (С=100 мг/г биомассы активного ила, однократно)

3 Да (С=100 мг/г биомассы активного ила, ежедневно в течение трёх суток)

РЕЗУЛЬТАТЫ

Активный ил очистных сооружений Самары характеризуется сложной экологической структурой с высоким таксономическим разнообразием (до 34 видов простейших и многоклеточных организмов), что позволяет отнести его к третьему типу биоценоза. Такой ил характеризуется высоким деструктивным потенциалом, возможностью адекватно реагировать на неблагоприятные воздействия и способностью поддерживать эффективное и устойчивое качество очистки [5].

В табл. 2 приведены данные влияния антибиотика на видовой состав сообщества организмов активного ила при однократном добавлении.

Таблица 2. Видовой состав биоценоза активного ила при однократном добавлении цефазолина

Table 2. Species composition of the activated sludge biocenosis with a single addition of cefazoline

Время инкубации, ч Видовой состав Количество организмов

Контрольная проба Опытная проба

24 Amoeba - -

Testacea п п

Flagellata м -

Окончание табл. 2

Время инкубации, ч Видовой состав Количество организмов

Контрольная проба Опытная проба

Нитчатые ед -

Rotaria п п

Vaginicola м м

Панцирные п п

Epistylis - п

Nematoda ед -

Oligichaeta ед -

48 Amoeba - -

Testacea п п

Flagellata - -

Нитчатые - -

Rotaria м ед

Vaginicola - -

Панцирные м м

Epistylis - п

Nematoda - -

Oligichaeta ед -

72 Amoeba - -

Testacea п п

Flagellata - м

Нитчатые - -

Rotaria - -

Vaginicola - р

Aspidisca п п

Панцирные - -

Epistylis - -

Nematoda - -

Oligichaeta - -

Тихоходка м м

Примечание: ед - единично, м - мало, р - редко, п - порядочно, «-» не наблюдали.

Из данных табл. 2 видно, что наличие организмов в активном иле варьирует в зависимости от времени инкубации. В течение всего периода инкубации шло формирование плотного ила, форма флока была округлой, структура флока - четкой; из индикаторных организмов отсутствовали Amoeba, присутствовали Testacea. Через 24 ч инкубации в обеих пробах отмечали наличие Rotaría, Vaginicola, Панцирных. В опытной пробе, по сравнению с контрольной, отсутствовали Flagellata, нитчатые, Nematoda, Oligichaeta, появились Epistylis. После 48 ч инкубации в опытной пробе отмечали отсутствие Oligichaeta, но при этом присутствовали Epistylis. По истечении 72 ч инкубации в опытной пробе наблюдали Flagellata, Vaginicola; как в опытной, так и в контрольной пробах появились тихоходки.

Данные влияния антибиотика на видовой состав биоценоза активного ила при многократном добавлении цефазолина представлены в табл. 3.

Таблица 3. Видовой состав биоценоза активного ила при многократном добавлении цефазолина

Table 3. Species composition of the activated sludge biocenosis with repeated addition of cefazoline

Время инкубации, ч Видовой состав Количество организмов

Контрольная проба Опытная проба

24 Amoeba - -

Testacea п п

Flagellata - м

Нитчатые - -

Rotaria - -

Vaginicola - р

Aspidisca п п

Панцирные - -

Epistylis - -

Nematoda ед -

Oligichaeta - -

Тихоходка - м

48 Amoeba - -

Testacea п -

Flagellata - -

Нитчатые - -

Rotaria м -

Vaginicola - -

Панцирные м -

Aspidisca - -

Epistylis - -

Oligichaeta - -

Тихоходка ед -

72 Amoeba - -

Testacea п -

Flagellata - -

Нитчатые м -

Rotaria м -

Vaginicola - -

Aspidisca - -

Панцирные - -

Epistylis - -

Nematoda - -

Oligichaeta - -

Примечание: ед - единично, м - мало, р - редко, п - порядочно, «-» не наблюдали.

На основании данных табл. 3 можно заключить, что количество организмов в активном иле уменьшается уже через 48 ч инкубации. По истечении 72 ч в опытной пробе ил становится рыхлым, форма флока - округлой, структура флока - нечеткой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Однократное добавление цефазолина не оказывает негативного воздействия на видовое разнообразие активного ила (отсутствие Amoeba, присутствие Testacea, появление в опытной пробе Epistylis, тихоходок).

Многократное добавление антибиотика приводит к негативному влиянию на видовой состав биоценоза активного ила в процессе инкубации. Однако био- и гидрохимические показатели функционального состояния активного ила свидетельствуют о возможности самовосстановления экосистемы активного ила после прекращения многократного действия лекарственного средства [7].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Lindberg, R. H. Screening of human antibiotic substances and determination of weekly mass flows in five sewage treatment plants in Sweden / R. H. Lindberg, P. Wennberg, M. I. Johansson et all // Environ. Sci and Technol. - 2005. - Vol. 39. -№ 10. - Р. 3421-3429.

2. Маслова, Е. В. Лекарственные препараты в окружающей среде / Е. В. Маслова, З. Е. Мащенко, И. Ф. Шаталаев // Аспирантский вестник Поволжья. - 2017. - № 1-2. - С. 215-217.

3. Березняк, Е. А. Спектр и антибиотикорезинтентность условно-патогенных микроорганизмов водоемов г. Ростова-на-Дону / Е. А. Березняк, А. В. Тришина, Л. М. Веркина // Вода: химия и экология. - 2016. - № 10 (100). -С. 62-68.

4. Santos, L. Ecotoxicological aspects related to the presence of pharmaceuticals in the aquatic environment / L. Santos, A. Araujo, A. Fachini et al. // Journal of Hazardous Matherials. - 2010. - Vol. 175. - P. 45-95.

5. Демина, М. В. Рекомендации по проведению гидробиологического контроля на сооружениях биологической очистки с аэротенками: методическое пособие / М. В. Демина. - Пермь: ОГУ «Аналитический центр», 2004. - 52 с.

6. ПНД Ф СБ 14.1.77-96. Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками. - Москва: АКВАРОС, 2009. - 106 с.

7. Мащенко, З. Е. Влияние Р-лактамных антибиотиков на био- и гидрохимические свойства активного ила при многократном воздействии / З. Е. Мащенко, В. В. Бахарев, А. К. Майданова // Актуальная биотехнология. -2017. - № 2 (21). - С. 139-142.

REFERENCES

1. Lindberg R. H., Wennberg P., Johansson M. I. i dr. Screening of human antibiotic substances and determination of weekly mass flows in five sewage treatment plants in Sweden. Environ. Sci and Technol., 2005, vol. 39, no. 10, pp. 3421-3429.

2. Maslova E. V., Mashchenko Z. E., Shatalaev I. F. Lekarstvennye preparaty v okruzhayushchey srede [Drugs in the environment]. Aspirantskiy vestnik Povolzh'ya, 2017, no. 1-2, pp. 215-217.

3. Bereznyak E. A., Trishina A. V., Verkina L. M. i dr. Spektr i antibiotikorezintentnost' uslovno-patogennyh mikroorganizmov vodoemov g. Rostova-na-Donu [Spectrum and antibiotic resistance of conditionally pathogenic microorganisms of the reservoirs in Rostov-on-Don]. Voda: himiya i ekologiya, 2016, no. 10 (100), pp. 62-68.

4. Santos L., Araujo A., Fachini A. i dr. Ecotoxicological aspects related to the presence of pharmaceuticals in the aquatic environment. Journal of Hazardous Matherials, 2010, vol. 175, pp. 45-95.

5. Demina M. V. Rekomendacii po provedeniyu gidrobiologicheskogo kontrolya na sooruzheniyah biologicheskoy ochistki s aehrotenkami. Metodicheskoe posobie [Recommendations about carrying out of hydrobiological monitoring on biological purification plants with activated sludge reactors. Study guide]. Perm', OGU «Analiticheskij centr», 2004, 52 p.

6. PND F SB 14.1.77-96. Metodicheskoe rukovodstvo po gidrobiologicheskomu i bakteriologicheskomu kontrolyu processa biologicheskoy ochistki na sooruzheniyah s aehrotenkami [Guidelines for hydrobiological and bacteriological control of the biological treatment process at plants with activated sludge reactors]. Moscow, Akvaros, 2009, 106 р.

7. Mashchenko Z. E., Baharev V. V., Maydanova A. K., Kosareva A. A. Vliyanie P-laktamnyh antibiotikov na bio- i gidrohimicheskie svoystva aktivnogo ila pri mnogokratnom vozdeystvii [Effect of P-lactam antibiotics on bio- and hydrochemical properties of activated sludge under repeated exposure]. Aktual'naya biotekhnologiya, 2017, no. 2 (21), pp. 139-142.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Мащенко Зинаида Евгеньевна - Самарский государственный технический университет; кандидат фармацевтических наук, доцент кафедры «Технология

пищевых производств и биотехнология»; E-mail: [email protected]

Mashchenko Zinaida Evgenievna - Samara State Technical University; PhD, Associate Professor of the Department "Technology of food production and biotechnology";

E-mail: [email protected]

Бахарев Владимир Валентинович - Самарский государственный технический университет; доктор химических наук, заведующий кафедрой «Технология

пищевых производств и биотехнология»; E-mail: [email protected]

Bakharev Vladimir Valentinovich - Samara State Technical University; Doctor of Chemistry, Head of the Department "Technology of food production and biotechnology"; E-mail: [email protected]

Альжанова Айнагуль Каергалиевна - Самарский государственный технический университет; магистрант кафедры «Технология пищевых производств и биотехнология»; E-mail: [email protected]

Al'zhanova Ainagul'Kaergalievna - Samara State Technical University; Master Student of the Department "Technology of food production and biotechnology";

E-mail: [email protected]