zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2025-65-7-477-483lrikcjzurniimtpe-3879Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF REPORTSОсобенности поведения антибиотика тетрациклина гидрохлорида в почвенной средеFeatures of the behavior of the antibiotic tetracycline hydrochloride in the soil environmenthttps://orcid.org/0000-0002-9311-9910АнтроповаНаталья СергеевнаAntropovaNatalia S.

Младший научный сотрудник отдела физико-химических исследований и экотоксикологии

e-mail: NAntropova@cspfmba.ru

Junior Researcher of the Department of Physical and Chemical Research and Ecotoxicology

e-mail: NAntropova@cspfmba.ru

NAntropova@cspfmba.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8194-1536СтрелецкийАлексей ВладимировичStreletskiyAlexey V.

Старший научный сотрудник отдела физико-химических исследований и экотоксикологии, канд. хим. наук

e-mail: AStreletsky@cspfmba.ru

Senior Researcher of the Department of Physical and Chemical Research and Ecotoxicology, Cand. of Sci. (Chem.)

e-mail: AStreletsky@cspfmba.ru

AStreletsky@cspfmba.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2275-9010УшаковаОльга ВладимировнаUshakovaOlga V.

Ведущий научный сотрудник отдела гигиены, канд. мед. наук

Leading Researcher of the Hygiene Department, Cand. of Sci. (Med.)

noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7942-8004ЮдинСергей МихайловичYudinSergey M.

И.о. генерального директора, д-р мед. наук, профессор

Acting Director General, Dr. of Sci. (Med.), Professor

noemail@neicon.ruФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» ФМБА РоссииРоссияCenter for Strategic Planning and Management of Biomedical Health RisksRussian Federation202504092025657477483Copyright © Антропова Н.С., Стрелецкий А.В., Ушакова О.В., Юдин С.М., 20252025Антропова Н.С., Стрелецкий А.В., Ушакова О.В., Юдин С.М.Antropova N.S., Streletskiy A.V., Ushakova O.V., Yudin S.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/3879Введение

Введение. Загрязнение окружающей среды тетрациклином обусловлено как выбросами фармацевтических производств, так и внесением остатков антибиотика с навозом в качестве удобрения, что требует разработки методов очистки, мониторинга содержания и изучения стабильности вещества в почве для снижения экологических рисков.

Цель исследования — изучение стабильности тетрациклина и определение продуктов его трансформации в почвенной среде.

Материалы и методы

Материалы и методы. Подготовка стандартных растворов тетрациклина и загрузка их в почву. Экстракция тетрациклина из почвы буфером ЭДТА-Макилвейна с последующей очисткой твердофазной экстракцией. Анализ экстрактов методом хроматографии с тандемной масс-спектрометрией для количественного и качественного определения исходного вещества и продуктов его трансформации. Сравнительный анализ масс-спектров почвенных экстрактов для выявления новых продуктов распада и оценки скорости деградации.

Результаты

Результаты. В почве тетрациклин подвергается постепенной трансформации с периодом полураспада 5–7 суток для дерново-подзолистой почвы и 8–12 суток для чернозёма; при этом накапливаются продукты декарбоксамидирования, дезаминирования и дегидроксилирования, а также обнаружены ранее неописанные соединения (m/z 679 и 701) с предполагаемой димерной структурой. Независимо от типа почвы состав продуктов трансформации был одинаковым, что свидетельствует о сходных механизмах разложения антибиотика в различных почвенных условиях.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Исследование проводилось в лабораторных условиях с использованием искусственно загрязнённых образцов почвы, что может не полностью отражать сложность и разнообразие реальных почвенных экосистем и природных процессов трансформации тетрациклина. Были изучены только два типа почвы (дерново-подзолистая и чернозём), в то время как в природе встречается гораздо большее разнообразие почв с разными физико-химическими свойствами, которые могут существенно влиять на скорость и характер распада антибиотика. Продукты распада были идентифицированы только по масс-спектрометрическим данным без подтверждения их структуры с помощью дополнительных методов (например, ЯМР-спектроскопии), что оставляет вероятность ошибочной интерпретации состава продуктов.

Выводы

Выводы. Тетрациклин в почве быстро разлагается с образованием новых, в том числе ранее не описанных продуктов трансформации, что может существенно влиять на экологическую безопасность и требует дальнейшего изучения их свойств и последствий для окружающей среды.

Этика

Этика. Исследование не требует предоставления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов

Участие авторов:Антропова Н.А. — сбор и обработка материала, выполнение экспериментальной работы, написание текста, редактирование;Стрелецкий А.В. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, выполнение экспериментальной работы, статистическая обработка, написание текста, редактирование;Ушакова О.В. — концепция и дизайн исследования, редактирование;Юдин С.М. — редактирование.

Финансирование

Финансирование. Исследование проведено при финансовой поддержке в рамках государственного задания.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления

Дата поступления: 29.07.2025 / Дата принятия к печати: 02.08.2025 / Дата публикации: 05.09.2025

Introduction

Introduction. Pollution of the environment with tetracycline is caused by both emissions from pharmaceutical production and the introduction of antibiotic residues with manure as fertilizer, which requires the development of methods for cleaning, monitoring the content and studying the stability of the substance in the soil to reduce environmental risks.

The study aims to investigate the stability of tetracycline and the determination of its transformation products in the soil environment.

Materials and methods

Materials and methods. Preparation of standard tetracycline solutions and their loading into the soil. Extraction of tetracycline from soil with EDTA-McIlwain buffer followed by purification by solid phase extraction. Analysis of extracts by chromatography with tandem mass spectrometry for quantitative and qualitative determination of the starting material and its transformation products. Comparative analysis of mass spectra of soil extracts to identify new decomposition products and assess the rate of degradation.

Results

Results. In soil, tetracycline undergoes gradual transformation with a half-life of 5–7 days for sod-podzolic soil and 8–12 days for chernozem; at the same time, decarboxamidation, deamination and dehydroxylation products accumulate, and researchers have also discovered previously undescribed compounds (m/z 679 and 701) with a suspected dimeric structure. Regardless of the type of soil, the composition of the transformation products was the same, which indicates similar mechanisms of antibiotic decomposition in different soil conditions.

Limitations

Limitations. The authors conducted the study in laboratory conditions using artificially contaminated soil samples, which may not fully reflect the complexity and diversity of real soil ecosystems and natural tetracycline transformation processes. They studied only two types of soil (sod-podzolic and chernozem), while in nature there is a much greater variety of soils with different physico-chemical properties that can significantly affect the rate and nature of the breakdown of the antibiotic. Experts identified the decay products only from mass spectrometric data without confirming their structure using additional methods (for example, NMR-spectroscopy), which leaves the possibility of erroneous interpretation of the composition of the products.

Conclusions

Conclusions. Tetracycline decomposes rapidly in the soil to form new transformation products, including previously undescribed ones, which can significantly affect environmental safety and requires further study of their properties and consequences for the environment.

Ethics

Ethics. The study does not require the provision of an opinion from the biomedical Ethics Committee or other documents.

Contributions

Contributions:Antropova N.A. — collecting and processing material, performing experimental work, writing text, editing;Streletskiy A.V. — concept and design of research, collection and processing of material, experimental work, statistical processing, text writing, editing;Ushakova O.V. — research concept and design, editing;Yudin S.M. — editing.

Funding

Funding. The study was conducted with financial support as part of a government assignment.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Received

Received: 29.07.2025 / Accepted: 02.08.2025 / Published: 05.09.2025

почвахроматографиятетрациклинмасс-спектрометрияsoilchromatographytetracyclinemass spectrometryReferencesForsberg K.J., Reyes A., Wang B., Selleck E.M., Sommer M.O., Dantas G. The shared antibiotic resistome of soil bacteria and human pathogens. Science. 2012; 337(6098): 1107–11. https://doi.org/10.1126/science.1220761Forsberg K.J., Reyes A., Wang B., Selleck E.M., Sommer M.O., Dantas G. The shared antibiotic resistome of soil bacteria and human pathogens. Science. 2012; 337(6098): 1107–11. https://doi.org/10.1126/science.1220761Wu X.L., Xiang L., Yan Q.Y., Jiang Y. N., Li Y. W., Huang X. P., et al. Distribution and risk assessment of quinolone antibiotics in the soils from organic vegetable farms of a subtropical city, Southern China. Sci. Total Environ. 2014; 487: 399–406. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.04.015Wu X.L., Xiang L., Yan Q.Y., Jiang Y. N., Li Y. W., Huang X. P., et al. Distribution and risk assessment of quinolone antibiotics in the soils from organic vegetable farms of a subtropical city, Southern China. Sci. Total Environ. 2014; 487: 399–406. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.04.015Лаврухина О.И., Амелин В.Г., Киш Л.К., Третьяков А.В., Пеньков Т.Д. Определение остаточных количеств антибиотиков в объектах окружающей среды и пищевых продуктах. Журн. аналит. химии. 2022; 77(11): 969–1015. https://doi.org/10.31857/S004445022211007XLavrukhina O.I., Amelin V.G., Kish L.K., Tretyakov A.V., Pen’kov T.D. Determination of Residual Amounts of Antibiotics in Environmental Samples and Food Products. Zhurnal analiticheskoj khimii. 2022; 77(11): 969–1015. https://doi.org/10.31857/S004445022211007X (in Russian).Wegst-Uhrich S.R., Navarro D.A., Zimmerman L., Aga D.S. Assessing antibiotic sorption in soil: a literature review and new case studies on sulfonamides and macrolides. Chem. Cent. J. 2014; 8(1):5. https://doi.org/10.1186/1752-153X-8-5Wegst-Uhrich S.R., Navarro D.A., Zimmerman L., Aga D.S. Assessing antibiotic sorption in soil: a literature review and new case studies on sulfonamides and macrolides. Chem. Cent. J. 2014; 8(1):5. https://doi.org/10.1186/1752-153X-8-5Wang F., Wang Z., Zhao Y., Zhang J. Performance of Traditional and Emerging Water-Treatment Technologies in the Removal of Tetracycline Antibiotics. Catalysts. 2024; 14(4): 269. https://doi.org/10.3390/catal14040269Wang F., Wang Z., Zhao Y., Zhang J. Performance of Traditional and Emerging Water-Treatment Technologies in the Removal of Tetracycline Antibiotics. Catalysts. 2024; 14(4): 269. https://doi.org/10.3390/catal14040269Xu H., Mi H.Y., Guan M.M., Shan H.Y., Fei Q., Huan Y.F. et al. Residue analysis of tetracyclines in milk by HPLC coupled with hollow fiber membranes-based dynamic liquid-liquid micro-extraction. Food Chem. 2017; 232: 198–202. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.04.021Xu H., Mi H.Y., Guan M.M., Shan H.Y., Fei Q., Huan Y.F. et al. Residue analysis of tetracyclines in milk by HPLC coupled with hollow fiber membranes-based dynamic liquid-liquid micro-extraction. Food Chem. 2017; 232: 198–202. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.04.021Lebedinets S., Vakh C., Cherkashina K., Pochivalov A., Moskvin L., Bulatov A. Stir membrane liquid phase microextraction of tetracyclines using switchable hydrophilicity solvents followed by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 2020; 1615: 460743. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2019.460743Lebedinets S., Vakh C., Cherkashina K., Pochivalov A., Moskvin L., Bulatov A. Stir membrane liquid phase microextraction of tetracyclines using switchable hydrophilicity solvents followed by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 2020; 1615: 460743. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2019.460743Некрасова Л.П., Кулешова О.Ю. Определение антибиотиков тетрациклиновой группы в воде методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на диодно-матричном детекторе с предварительным концентрированием методом твердофазной экстракции. Гигиена и санитария. 2024; 103(3): 266–272. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2024-103-3-266-272Nekrasova L.P., Kuleshova O.J. Determination of antibiotics of the tetracycline group in water by high-performance liquid chromatography on a diode matrix detector with preliminary concentration by solid-phase extraction. Gigiena i sanitariya. 2024; 103(3): 266–272. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2024-103-3-266-272 (in Russian).Castillo-García M.L., Aguilar-Caballos M.P., Gómez-Hens A. A europium- and terbium-coated magnetic nanocomposite as sorbent in dispersive solid phase extraction coupled with ultra-high performance liquid chromatography for antibiotic determination in meat samples. J. Chromatogr. A. 2015; 1425: 73-80. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2015.11.048Castillo-García M.L., Aguilar-Caballos M.P., Gómez-Hens A. A europium- and terbium-coated magnetic nanocomposite as sorbent in dispersive solid phase extraction coupled with ultra-high performance liquid chromatography for antibiotic determination in meat samples. J. Chromatogr. A. 2015; 1425: 73-80. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2015.11.048Wang K., Lin K., Huang X., Chen M. A simple and fast extraction method for the determination of multiclass antibiotics in eggs using LC-MS/MS. J. Agric. Food Chem. 2017; 65(24): 5064–5073. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.7b01777Wang K., Lin K., Huang X., Chen M. A simple and fast extraction method for the determination of multiclass antibiotics in eggs using LC-MS/MS. J. Agric. Food Chem. 2017; 65(24): 5064–5073. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.7b01777Karaca S., Kabil E., Akmehmet Balcıoğlu I. Quantification of multi-class antibiotics by UHPLC–MS/MS analysis combined with salt-assisted acetonitrile extraction: comparative evaluation of dairy and poultry manure. International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 2018; 98(13): 1186–1206. https://doi.org/10.1080/03067319.2018.1541986Karaca S., Kabil E., Akmehmet Balcıoğlu I. Quantification of multi-class antibiotics by UHPLC–MS/MS analysis combined with salt-assisted acetonitrile extraction: comparative evaluation of dairy and poultry manure. International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 2018; 98(13): 1186–1206. https://doi.org/10.1080/03067319.2018.1541986Антропова Н.С., Ушакова О.В., Савостикова О.Н., Филимонова Е.И. Проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды антибиотиками на примере тетрациклинов (обзор). Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2024; 32(3): 33–43. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2024-32-3-33-43Antropova N.S., Ushakova O.V., Savostikova O.N., Filimonova E.I. Problems Related to Antibiotic Pollution of the Environment: A Review with a Focus on Tetracyclines. Zdorov'e naseleniya i sreda obitaniya – ZNiSO. 2024; 32(3): 33–43. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2024-32-3-33-43 (in Russian).Акименко Ю.В., Колесников С.И., Казеев К.Ш. Экологически безопасные концентрации антибиотиков в чернозёмах обыкновенных. Живые и биокосные системы. 2023; 45. https://doi.org/10.18522/2308-9709-2023-45-4Akimenko Ju.V., Kolesnikov S.I., Kazeev K.Sh. Ecologically safe concentrations of antibiotics in ordinary chernozems. Zhivye i biokosnye sistemy. 2023; 45. https://doi.org/10.18522/2308-9709-2023-45-4 (in Russian).Scaria J., Anupama K.V., Nidheesh P.V. Tetracyclines in the environment: An overview on the occurrence, fate, toxicity, detection, removal methods, and sludge management. Sci. Total Environ. 2021; 771: 145291. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145291Scaria J., Anupama K.V., Nidheesh P.V. Tetracyclines in the environment: An overview on the occurrence, fate, toxicity, detection, removal methods, and sludge management. Sci. Total Environ. 2021; 771: 145291. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145291Ahmad F., Zhu D., Sun J. Environmental fate of tetracycline antibiotics: degradation pathway mechanisms, challenges, and perspectives. Environ. Sci. Eur. 2021; 33(1): 64. https://doi.org/10.1186/s12302-021-00505-yAhmad F., Zhu D., Sun J. Environmental fate of tetracycline antibiotics: degradation pathway mechanisms, challenges, and perspectives. Environ. Sci. Eur. 2021; 33(1): 64. https://doi.org/10.1186/s12302-021-00505-yWang Z., Li Y., Wang J., Li S. Tetracycline antibiotics in agricultural soil: Dissipation kinetics, transformation pathways, and structure-related toxicity. Sci. Total Environ. 2024; 949: 175126. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175126Wang Z., Li Y., Wang J., Li S. Tetracycline antibiotics in agricultural soil: Dissipation kinetics, transformation pathways, and structure-related toxicity. Sci. Total Environ. 2024; 949: 175126. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175126Koba O., Golovko O., Kodešová R., Fér M., Grabic R. Antibiotics degradation in soil: A case of clindamycin, trimethoprim, sulfamethoxazole and their transformation products. Environ Pollut. 2017; 220(Pt B): 1251–1263. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.11.007Koba O., Golovko O., Kodešová R., Fér M., Grabic R. Antibiotics degradation in soil: A case of clindamycin, trimethoprim, sulfamethoxazole and their transformation products. Environ Pollut. 2017; 220(Pt B): 1251–1263. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.11.007Wen-li Zh., Li-fang Zh., Ke-yu Zh., Xiao-yang W., Fei‑qun X. Determination of Tetracyclines and Their Epimers in Agricultural Soil Fertilized with Swine Manure by Ultra-High-Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry. J. Integrative Agriculture. 2012; 11(7): 1189–1198. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(12)60114-2Wen-li Zh., Li-fang Zh., Ke-yu Zh., Xiao-yang W., Fei‑qun X. Determination of Tetracyclines and Their Epimers in Agricultural Soil Fertilized with Swine Manure by Ultra-High-Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry. J. Integrative Agriculture. 2012; 11(7): 1189–1198. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(12)60114-2Cycoń M., Mrozik A., Piotrowska-Seget Z. Antibiotics in the soil environment — degradation and their impact on microbial activity and diversity. Frontiers in microbiology. 2019; 10: 338. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00338Cycoń M., Mrozik A., Piotrowska-Seget Z. Antibiotics in the soil environment — degradation and their impact on microbial activity and diversity. Frontiers in microbiology. 2019; 10: 338. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00338Тетрациклины. Химическая энциклопедия: в 5 томах. Главный редактор Н.С. Зефиров. Москва: Большая Российская Энциклопедия; 1995; 4: 639.Tetracyclines. Chemical Encyclopedia: in 5 volumes. Chief editor N.S. Zefirov. Moscow: Bol'shaja Rossijskaja Jenciklopedija; 1995; 4: 639.Conde-Cid M., Núñez-Delgado A., Fernández-Sanjurjo M. J., Álvarez-Rodríguez E., Fernández-Calviño D., Arias-Estévez M. Tetracycline and sulfonamide antibiotics in soils: presence, fate and environmental risks. Processes. 2020; 8(11): 1479. https://doi.org/10.3390/PR8111479Conde-Cid M., Núñez-Delgado A., Fernández-Sanjurjo M. J., Álvarez-Rodríguez E., Fernández-Calviño D., Arias-Estévez M. Tetracycline and sulfonamide antibiotics in soils: presence, fate and environmental risks. Processes. 2020; 8(11): 1479. https://doi.org/10.3390/PR8111479Tan H., Kong D., Ma Q., Li Q., Zhou Y., Jiang X. et al. Biodegradation of Tetracycline Antibiotics by the Yeast Strain Cutaneotrichosporon dermatis M503. Microorganisms. 2022; 10(3): 565. https://doi.org/10.3390/microorganisms10030565Tan H., Kong D., Ma Q., Li Q., Zhou Y., Jiang X. et al. Biodegradation of Tetracycline Antibiotics by the Yeast Strain Cutaneotrichosporon dermatis M503. Microorganisms. 2022; 10(3): 565. https://doi.org/10.3390/microorganisms10030565

The authors declare that there are no conflicts of interest present.