Природная глина очистила воду от остатков антибиотиков

Благодаря этому свойству бентонит может использоваться в системах очистки сточных вод в качестве наполнителя колоночных фильтров или в конструкциях проникающих реактивных барьеров, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.

Большинство инфекционных заболеваний успешно лечится антибиотиками, однако обычно около 30–90% от всего принимаемого препарата не усваивается организмом человека и выводится с продуктами жизнедеятельности в окружающую среду. Даже сравнительно низкие концентрации антибиотиков, которые накапливаются в воде и почве, способствуют тому, что бактерии, в том числе болезнетворные, становятся к ним устойчивыми. Кроме того, накопление в почве антибиотиков подавляет развитие полезных бактерий и растений, замедляет образование плодородного гумуса. Антибиотики группы тетрациклинов, включая окситетрациклин, используются в медицине и животноводстве особенно часто, поэтому ученые ищут способы обезвредить избыток окситетрациклина, попавший в окружающую среду.

Исследователи Тульского государственного педагогического университета имени Л.Н. Толстого (Тула) предложили очищать воду и почву от этого препарата с помощью природной глины — бентонита, достаточно широко распространенного, недорогого и безопасного материала. Бентонит благодаря пористой структуре и огромной площади поверхности способен задерживать молекулы антибиотика.

Ученые использовали природную глину из месторождения Саригюх в Армении — доступный в коммерческих масштабах для центральной России минерал — и экспериментально проверили, как она поглощает антибиотик, взятый в довольно большом диапазоне концентраций (от 138 миллиграмм до 4,6 грамм в литре). Затем с помощью современного метода анализа — высокоэффективной жидкостной хроматографии — авторы изучили, сколько в воде остается антибиотика после его взаимодействия с минералом. Исследователи провели эксперименты в растворах с разной кислотностью, при разном времени и температуре взаимодействия, чтобы определить, в каких условиях глина работает лучше всего. Вместе с этим ученые проследили, какие изменения происходят в структуре глины.

Оказалось, что в кислой среде (подобной по кислотности лимонному соку) бентонит очищает водную среду от окситетрациклина наиболее эффективно. Природная глина успешно поглощает токсичные для окружающей среды соединения, и вода с антибиотиком при этом становится безопасной для живых организмов.

Исследователи также проверили, вредит ли бентонит, поглотивший окситетрациклин, мелким ракообразным — дафниям — и сохраняет ли свои антибактериальные свойства. Более ранние эксперименты показали, что наличие 1,15 грамма чистого окситетрациклина в литре воды приводит к гибели 50% рачков. Теперь ученые выяснили, что токсичность этого антибиотика значительно снижается, если он оказывается связан с бентонитом. Так, даже концентрации, большие в 4 раза — 4,6 грамм в литре — приводили к гибели только 37% дафний. Таким образом бентонит существенно снижает токсичность антибиотика для водных обитателей. Кроме того, природная глина, поглотившая тетрациклин, снижает свою антибактериальную активность.

В перспективе это означает, что такой материал можно будет использовать в системах очистки сточных вод, например, прокачивая загрязненные воды через колонны, наполненные бентонитом, или создавая специальные проницаемые барьеры. Для закрепления антибиотика в почве и уменьшения его доступности бактериям и растениям можно будет вносить в нее бентонит в виде порошка или водной суспензии, после чего вспахивать почву, чтобы равномерно распределить частицы поглотителя в корнеобитаемом плодородном слое.

«В настоящий момент мы изучаем, насколько эффективно бентонит может удалять из сточных вод другие антибиотики, в частности, гентамицин, хлорамфеникол и стрептоцид. Однако, как мы установили, поверхности бентонита взаимодействуют главным образом с заряженными молекулами антибиотиков. Тем не менее значительная часть лекарственных средств (например, эритромицин и амоксициллин) не имеют заряда при обычных условиях. Чтобы улучшить связывание таких молекул с глинистыми минералами, мы стараемся химически модифицировать поверхность глин поверхностно-активными веществами», — рассказал руководитель проекта Леонид Переломов, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией биогеохимии Тульского государственного педагогического университета имени Л.Н. Толстого.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда и правительством Тульской области, опубликованы в журнале Environments.