Ученые объяснили, как антибиотики в донных отложениях усиливают парниковый эффект
Учёные из Восточно‑китайского педагогического университета обнаружили тревожную закономерность: остатки антибиотиков в донных отложениях водоёмов способны нарушать естественные биохимические процессы, приводя к росту выбросов закиси азота (N₂O) — мощного парникового газа.
Эстуарии и прибрежные зоны выполняют функцию природных фильтров: они нейтрализуют избыток реактивного азота, поступающего из сельскохозяйственных угодий, сточных вод и городских стоков. Ключевую роль в этом процессе играет денитрификация — микробная реакция, преобразующая нитраты в безопасный газообразный азот. Однако при определённых условиях этот процесс может генерировать закись азота (N₂O), чей парниковый потенциал в 299 раз превышает эффект углекислого газа.
В последние десятилетия концентрация антибиотиков в водных экосистемах неуклонно растёт. Их следы регулярно обнаруживают в эстуариях, куда они попадают из речных верховьев. Ранее было известно, что антибиотики способны как подавлять, так и стимулировать денитрификацию, но точные механизмы их влияния оставались предметом дискуссий.
Методика исследования
Команда исследователей под руководством Гоюй Инь и Пин Ханя изучила воздействие сульфаметоксазола (SMX) на микробные сообщества донных отложений. Для этого учёные применили комплекс методов: контролируемые инкубации суспензии осадка; изотопное мечение с использованием ¹²C, ¹³C и ¹⁵N; количественный молекулярный анализ; мультиомиксное секвенирование.
В ходе эксперимента специалисты отслеживали скорость биодеградации SMX, динамику денитрификации, выбросы N₂O и изменения в структуре микробных сообществ.
Результаты показали, что микроорганизмы активно разлагают SMX: к 28‑му дню удалялось около 80 % вещества, а к 30‑му — более 94 %. В стерильных контрольных образцах потери были минимальными, что подтвердило ведущую роль микробной биодеградации.
Влияние SMX на денитрификацию менялось в зависимости от времени и концентрации. На ранних стадиях эксперимента (1–14 дней) вещество подавляло процесс, особенно при терапевтических концентрациях. Однако к 28‑му дню высокая концентрация (1000 мкг/л) начала стимулировать денитрификацию.
При этом выбросы N₂O неуклонно росли, достигнув прироста около 180 %. Пик выбросов наблюдался на начальном этапе инкубации. Генетический анализ выявил, что SMX сначала снижал количество ключевых генов денитрификации (nirS, nirK, nosZ), а затем частично восстанавливал их на поздних стадиях. Одновременно наблюдалось устойчивое увеличение генов устойчивости к сульфаниламидам (sul1, sul2).
Секвенирование 16S рРНК продемонстрировало перестройку микробных сообществ под воздействием SMX. Умеренные концентрации вещества стимулировали рост отдельных таксонов, тогда как высокие концентрации подавляли чувствительные группы, включая нитрификаторы и сульфатредуцирующие бактерии. Анализ стабильных изотопов ДНК выявил активные микроорганизмы, усваивающие SMX, и показал изменения в сетях микробных взаимодействий.
Эстуарии и прибрежные зоны выполняют функцию природных фильтров: они нейтрализуют избыток реактивного азота, поступающего из сельскохозяйственных угодий, сточных вод и городских стоков. Ключевую роль в этом процессе играет денитрификация — микробная реакция, преобразующая нитраты в безопасный газообразный азот. Однако при определённых условиях этот процесс может генерировать закись азота (N₂O), чей парниковый потенциал в 299 раз превышает эффект углекислого газа.
В последние десятилетия концентрация антибиотиков в водных экосистемах неуклонно растёт. Их следы регулярно обнаруживают в эстуариях, куда они попадают из речных верховьев. Ранее было известно, что антибиотики способны как подавлять, так и стимулировать денитрификацию, но точные механизмы их влияния оставались предметом дискуссий.
Методика исследования
Команда исследователей под руководством Гоюй Инь и Пин Ханя изучила воздействие сульфаметоксазола (SMX) на микробные сообщества донных отложений. Для этого учёные применили комплекс методов: контролируемые инкубации суспензии осадка; изотопное мечение с использованием ¹²C, ¹³C и ¹⁵N; количественный молекулярный анализ; мультиомиксное секвенирование.
В ходе эксперимента специалисты отслеживали скорость биодеградации SMX, динамику денитрификации, выбросы N₂O и изменения в структуре микробных сообществ.
Результаты показали, что микроорганизмы активно разлагают SMX: к 28‑му дню удалялось около 80 % вещества, а к 30‑му — более 94 %. В стерильных контрольных образцах потери были минимальными, что подтвердило ведущую роль микробной биодеградации.
Влияние SMX на денитрификацию менялось в зависимости от времени и концентрации. На ранних стадиях эксперимента (1–14 дней) вещество подавляло процесс, особенно при терапевтических концентрациях. Однако к 28‑му дню высокая концентрация (1000 мкг/л) начала стимулировать денитрификацию.
При этом выбросы N₂O неуклонно росли, достигнув прироста около 180 %. Пик выбросов наблюдался на начальном этапе инкубации. Генетический анализ выявил, что SMX сначала снижал количество ключевых генов денитрификации (nirS, nirK, nosZ), а затем частично восстанавливал их на поздних стадиях. Одновременно наблюдалось устойчивое увеличение генов устойчивости к сульфаниламидам (sul1, sul2).
Секвенирование 16S рРНК продемонстрировало перестройку микробных сообществ под воздействием SMX. Умеренные концентрации вещества стимулировали рост отдельных таксонов, тогда как высокие концентрации подавляли чувствительные группы, включая нитрификаторы и сульфатредуцирующие бактерии. Анализ стабильных изотопов ДНК выявил активные микроорганизмы, усваивающие SMX, и показал изменения в сетях микробных взаимодействий.
Читайте также:
Ctrl
Enter
Заметили ошЫбку
Выделите текст и нажмите Ctrl+EnterЧитайте также:
.jpg)
