Науч. сотр. отд. физико-химических исследований и экотоксикологии ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва.
e-mail: EAbramov@cspmz.ru
Введение. Последствия бесконтрольного использования антибиотиков в сельском хозяйстве – актуальная проблема гигиены окружающей среды. Тетрациклин может попадать в почву с уриной домашних животных, угнетать жизнедеятельность почвенных бактериальных штаммов и ингибировать процессы ферментативного гидролиза мочевины (карбамида), нарушая глобальный цикл круговорота азота в природе. Отсутствие как количественных, так и качественных критериев оценки этого влияния определило актуальность исследований.
Материалы и методы. Исследования выполнены с использованием хроматографической системы «Стайер» с катионными и анионными разделяющими колонками и эксклюзивными методами анализа, разработанными авторами. При моделировании растворов тяжёлых металлов использовали атомно-абсорбционный спектрометр МГА-915МД с ЭТА. Объектами исследований являлись модельные растворы карбамида с разным содержанием ингибирующих веществ. В качестве источника уреазы и штаммов Nitrobacter и Nitrosomonas использована дерново-подзолистая почва из Учебно-опытного почвенно-экологического центра «Чашниково» МГУ им. М.В. Ломоносова.
Результаты. Предложен усовершенствованный хроматографический метод анализа мочевины в воде – более быстрый по сравнению с описанным авторами ранее. Показано ингибирующее воздействие антибиотика тетрациклина гидрохлорида на процесс биотрансформации нитрита в нитрат, обусловленного штаммами Nitrobacter. Значимого влияния антибиотика на биотрансформацию мочевины в аммоний и аммония в нитрит под действием штаммов Nitrosomonas не установлено.
Ограничения исследования. Исследования проводили на модельных водных системах, включавших водную фазу, содержащую разные концентрации антибиотика, навеску почвы, мочевину, ионы тяжёлых металлов при температуре плюс 30 °С, рН ~ 6,5. Не изучалось влияние солевого фона, рН, температуры на биотрансформацию, что могло бы, не меняя общей картины, выявить нюансы в кинетике протекания основных процессов.
Заключение. Исследования показали отсутствие влияния антибиотика тетрациклина гидрохлорида на кинетику распада мочевины до аммония и углекислого газа, обусловленную уреазной ферментативной активностью; отсутствует влияние антибиотика при окислении аммония до нитритов штаммами Nitrosomonas. Обнаружено селективное ингибирующее воздействие антибиотика при окислении нитрита в нитрат, обусловленное штаммами Nitrobacter; ингибирование процессов биотрансформации ионами хрома по всей цепочке превращений от мочевины до нитрата, а также ингибирующее действие избыточного кислорода на совокупность процессов биотрансформации при барботаже воздуха через водную фазу.
Участие авторов: Абрамов Е.Г. — сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание текста, концепция исследования, редактирование; Антропова Н.С. — сбор и обработка материала, написание текста. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.
Благодарность. Авторы выражают благодарность А.В. Загайновой и сотрудникам лаборатории микробиологии ФГБУ «ЦСП» ФМБА России за оказанное содействие в проведении опытов.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.
Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.
Поступила: 16.03.2022 / Принята к печати: 12.04.2022 / Опубликована: 31.05.2022
Introduction. The consequences of uncontrolled use of antibiotics in agriculture are an urgent problem of environmental hygiene. Tetracycline can enter the soil with the urine of domestic animals, inhibit the vital activity of soil bacterial strains and inhibit the processes of enzymatic hydrolysis of urea (carbamide), disrupting the global nitrogen cycle in nature. The lack of both quantitative and qualitative criteria for assessing this influence determined the relevance of the research.
Materials and methods. The studies were carried out using the “Stayer” chromatographic system with cationic and anionic separating columns and exclusive analysis methods developed by the authors. When modelling solutions of heavy metals, an atomic absorption spectrometer МГА-915МД with ЭTA was used. The objects of research were model solutions of carbamide with different content of inhibiting substances. As a source of urease and strains of Nitrobacter and Nitrosomonas, sod-podzolic soil from the Educational and Experimental Soil-Ecological Center “Chashnikovo” of Lomonosov Moscow State University was used.
Results. An improved, more rapid chromatographic method for the analysis of urea in water is proposed compared to the method described by the authors earlier. The inhibitory effect of the antibiotic tetracycline hydrochloride on the process of biotransformation of nitrite into nitrate caused by Nitrobacter strains has been shown. No significant effect of the antibiotic on the biotransformation of urea into ammonium and ammonium into nitrite under the action of Nitrosomonas strains has been established.
Limitations. The studies were carried out on the model of water systems, which included an aqueous phase containing different concentrations of the antibiotic, soil suspension, urea, heavy metal ions at a temperature of t = 30 °C, pH ~ 6.5. The influence of salt background, pH, and temperature on biotransformation has not been studied, which could, without changing the overall picture, reveal nuances in the kinetics of the main processes.
Conclusion. Studies have shown the absence of the effect of the antibiotic tetracycline hydrochloride on the kinetics of the decomposition of urea to ammonium and carbon dioxide due to urease enzymatic activity; there is no effect of the antibiotic on the oxidation of ammonium to nitrites by Nitrosomonas strains. It was found: selective inhibitory effect of an antibiotic during the oxidation of nitrite to nitrate, due to Nitrobacter strains; inhibition of biotransformation processes by chromium ions along the entire chain of transformations from urea to nitrate; and the inhibitory effect of excess oxygen on the totality of biotransformation processes during air bubbling through the aqueous phase.
Contribution: Abramov E.G. — collection and processing of material, statistical processing, writing text, research concept, editing. Antropova N.S. — collecting and processing material, writing text. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.
Gratitude. The authors express their gratitude to A.V. Zagainova and the staff of the Microbiology laboratory of the FSBI "CSP" of the FMBA of Russia for their assistance in conducting experiments.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Acknowledgement. The study had no sponsorship.
Received: March 16, 2022 / Accepted: April 12, 2022 / Published: May 31, 2022
The authors declare that there are no conflicts of interest present.