Une enquête sur l'élimination de la ciprofloxacine et de la norfloxacine par phycorémédiation en mettant l'accent sur la toxicité aiguë et la composition biochimique

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13911 (2023) Citer cet article

128 accès

Détails des métriques

La ciprofloxacine (CIP) et la norfloxacine (NOR) appartiennent à la classe des contaminants émergents fréquemment détectés dans le milieu aquatique sous forme de mélange binaire, responsable du développement de gènes et de bactéries résistantes aux antibiotiques. Cette étude vise à étudier cinq espèces d'algues différentes, Chlorella vulgaris (Cv), Chlorella pyrenoidosa (Cp), Scenedesmus obliquus (So), Tetradesmus sp (T) et Monoraphidium sp (M) pour leur tolérance et leur élimination du mélange binaire. Les effets sur la composition biochimique des espèces d'algues concernant le mélange binaire et son efficacité d'élimination sont d'abord rapportés dans cette étude. Les valeurs de toxicité aiguë (CE50 96 h) sont de l'ordre de So > Cp > T > M > Cv, Chlorella vulgaris est l'espèce d'algue la plus sensible avec 17,73 ± 0,24 mg/L et Scenedesmus obliquus est l'espèce d'algue la moins sensible avec 39,19. ± 0,79 mg/L. L'efficacité d'élimination du mélange binaire s'est avérée être de l'ordre de So > Cp > T > M > Cv, Scenedesmus obliquus a éliminé le CIP (52,4 %) et le NOR (87,5 %), la biodégradation étant le principal mécanisme d'élimination contribuant. De plus, des produits biotransformés moins toxiques ont été détectés chez Scenedesmus obliquus et la caractérisation biochimique a révélé que l'effet stimulant la croissance est plus élevé avec les lipides (35 %), les glucides (18 %) et les protéines (33 %) offrant un avantage dans la production de biomasse précieuse.

La consommation mondiale d'antibiotiques est passée de 635 à 674 unités pour 1 000 habitants dans les pays développés et de 1 490 unités à 1 593 unités dans les pays en développement1. Des études ont rapporté que 50 à 80 % des antibiotiques administrés sont excrétés dans les selles et l'urine en tant que composé parent et atteignent le milieu aquatique, ce qui a conduit au développement de gènes de résistance aux antibiotiques (ARG) qui ont suscité des inquiétudes en matière de santé publique à l'échelle mondiale2. . L'ARG a entraîné la mort de 25 000 nourrissons dans les pays de l'Union européenne, 23 000 nourrissons aux États-Unis et 58 000 nourrissons en Inde chaque année3,4. Les eaux usées municipales constituent la principale source de pollution par les antibiotiques par rapport aux eaux usées des hôpitaux. Les stations d'épuration des eaux usées (STEP) ne sont pas conçues pour éliminer ces polluants, car l'analyse métagénomique a révélé que dans les STEP de 60 pays, il existe une répartition divergente des ARG5,6,7. L'Inde possède la troisième plus grande industrie pharmaceutique active, répondant à 50 % de la demande mondiale de médicaments génériques et est l'un des cinq principaux pays consommateurs de produits pharmaceutiques, avec une augmentation prévue de 84 % d'ici 20308,9. La fluoroquinolone (FQ) fait partie des troisièmes antibiotiques en importance, représentant 17 % du marché mondial. Il s'agit d'une classe importante d'antibiotiques largement utilisée pour traiter les infections respiratoires et urinaires10,11. La ciprofloxacine (CIP) et la norfloxacine (NOR) sont les FQ les plus fréquemment détectées dans les eaux de surface, dépassant un taux de détection de 50 % à l'échelle mondiale en raison de leur utilisation excessive et elles ont été détectées à différentes concentrations allant de ng/L à µg/L12.

Diverses méthodes de traitement conventionnelles et avancées peuvent être utilisées pour traiter ces polluants, mais les coûts élevés d'exploitation et de maintenance limitent leur utilisation dans les STEP municipales. La minéralisation incomplète de ces contaminants génère des produits transformés toxiques pour la communauté aquatique et est devenue une préoccupation majeure6. La biodégradation par les micro-organismes est une bonne approche dans le traitement de ces polluants avec l'avantage du respect de l'environnement et de la rentabilité12,13. Les FQ ne sont pas facilement biodégradables dans les stations d'épuration conventionnelles, mais lorsqu'ils sont traités avec des espèces microbiennes spécifiques, ils peuvent être traités biologiquement14. Les algues sont des organismes non ciblés par les antibiotiques et sont connues pour traiter efficacement les eaux usées en éliminant les nutriments, les polluants organiques et les métaux lourds avec l'avantage de la production de biomasse6,15. CIP et NOR sont testés pour la phycomédiation et des études ont montré la capacité des espèces d'algues à biodégrader les polluants individuellement16,17,18,19. Chlorella vulgaris (Cv), Chlorella pyrenoidosa (Cp) et Scenedesmus obliquus (So) ont montré leur potentiel pour éliminer le CIP, 85 % (Cv), 79 % (Cp) et 75 % (So) et pour le NOR, 52 % (Cv), 50 % (Cp) et 43 % (So) avec concentration initiale CIP (0,029 µg/L) et NOR (0,032 µg/L) séparément20. Le CIP et le NOR ont été détectés dans les eaux de surface indiennes sous forme de mélange binaire avec une concentration maximale détectée de 6,5 mg/L (CIP) et 0,52 mg/L (NOR)21.