Особенности поведения антибиотика тетрациклина гидрохлорида в почвенной среде

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

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. Исследование проведено при финансовой поддержке в рамках государственного задания.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

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

1. Forsberg 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.1220761

2. Wu 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.2014.04.015

3. Лаврухина 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/S004445022211007X

4. 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-8-5

5. Wang 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/catal14040269

6. Xu 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.2017.04.021

7. Lebedinets 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.2019.460743

8. Некрасова 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/10.47470/0016-9900-2024-103-3-266-272

9. 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.2015.11.048

10. Wang 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.7b01777

11. Karaca 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/10.1080/03067319.2018.1541986

12. Антропова 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/10.35627/2219-5238/2024-32-3-33-43

13. 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/10.18522/2308-9709-2023-45-4

14. 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.2021.145291

15. Ahmad 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-y

16. Wang 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.2024.175126

17. Koba 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.2016.11.007

18. Wen-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)60114-2

19. Cycoń 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.2019.00338

20. Тетрациклины. Химическая энциклопедия: в 5 томах. Главный редактор Н.С. Зефиров. Москва: Большая Российская Энциклопедия; 1995; 4: 639.

21. 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/PR8111479

22. Tan 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