Assessment of susceptibility of sulfonamide drugs to biodegradation in environmental samples

Leki sulfonamidowe, trafiając do środowiska, powodują ryzyko polegające na generowaniu lekooporności drobnoustrojów. Ryzyko to wzrasta w przypadku odporności tych leków na rozkład i pozostawania w środowisku przez dłuższy czas. Z tego powodu szczególnie ważne jest poznanie ich podatności na biodegradację, a dane zawarte w literaturze są rozbieżne. W trakcie badań dokonano oceny podatności na biodegradację 4 sulfonamidów (sulfanilamidu, sulfadiazyny, sulfatiazolu i sulfametoksazolu). Mieszaninę tych sulfonamidów wprowadzano bezpośrednio do próbek środowiskowych lub naturalnych ścieków pochodzących ze zróżnicowanych źródeł i do ścieków syntetycznych zawierających inokulum przygotowane z naturalnych źródeł. Określono, jaki wpływ na przebieg biodegradacji mają warunki tlenowe prowadzenia procesu, dostępność światła (l > 400 nm), stężenie degradowanej substancji, pH roztworu, pora roku, w jakiej pobierano inokulum, oraz wcześniejsza 40-dniowa adaptacja inokulum w obecności sulfanilamidu. Stopień degradacji sulfonamidów oceniano na podstawie obniżenia ich stężenia oznaczanego metodą HPLC w ciągu 28 dni. Stwierdzono, że na 86 badanych próbek efektywną biodegradację sulfonamidów (T1/2 < 21 dni) obserwowano odpowiednio: sulfanilamid - 3 próbki, sulfadiazyna - 25 próbek, sulfatiazol - 29 próbek i sulfametoksazol - 1 próbka. Stwierdzono również, że przebieg biodegradacji sulfonamidów znacznie różni się od wyników opisywanych w literaturze, a jego dynamika zależy głównie od rodzaju sulfonamidu, pochodzenia inokulum i pory roku jego pozyskania.

Sulfonamide drugs enter the environment in different ways, eg through wastewater, creating the potential risk of the generation of drug resistant strains of microorganisms. This risk increases when drugs are resistant to degradation and remain in the environment for a long time. Therefore, it is particularly important to know biodegradability of sulfa drugs since the literature data on this subject are often contradictory. In our study the estimation of susceptibility of four sulfonamides was carried out under aerobic and anaerobic conditions. The mixture of these compounds was added directly to environmental samples or natural wastewater samples (from different sources) or to synthetic wastewater containing inoculum from natural sources. The following effects were studied: aerobic/anaerobic conditions, the availability of light, initial concentrations, pH of the solution, sampling time of inoculum, earlier 40-days adaptation of inoculum to sulfanilamide. The effective biodegradation of sulfonamides was observed in 3 samples of sulfanilamide, 25 samples of sulfadiazine, 29 samples of sulfathiazole and 1 sample of sulfamethoxazole among the all investigated 86 samples. It was found that the biodegradation of sulfonamides differ significantly from the results presented in the literature. Moreover, the dynamics of this process depends mainly on the type of sulfonamide, the origin of inoculum and the sampling time.