Antibiotika, která se dostávají do odpadních vod, představují problém pro čistírny i životní prostředí. Běžné biologické čištění totiž nedokáže všechny tyto látky spolehlivě odstranit. Jejich zbytky tak mohou pronikat do řek a dalších vodních zdrojů, kde přispívají k vytváření podmínek pro šíření antimikrobiální rezistence. Účinnost čištění se přitom liší podle konkrétního léčiva i použité technologie. Výzkumy z Česka i Spojených států potvrzují, že antibiotika lze najít také ve vyčištěné odpadní vodě. Jejich přímé srovnání mezi oběma zeměmi však komplikuje rozdílný rozsah a metodika jednotlivých studií.
Jednou z možností, jak tento problém řešit, je využití porézního uhlíkatého materiálu vyrobeného z obnovitelných surovin. Vědci nyní vyzkoušeli biochar z bambusu doplněný o nanočástice železa, který dokáže antibiotikum nejen zachytit na svém povrchu, ale také podpořit jeho chemický rozklad. Biochar je speciální forma zuhelnatělé biomasy, která vzniká termickým zpracováním bambusu za nepřístupu nebo s omezeným přístupem vzduchu - procesem zvaným pyrolýza při teplotách obvykle mezi 300 až 600 stupni Celsia.
Výzkum se zaměřil na ceftarolin, antibiotikum páté generace ze skupiny cefalosporinů. Používá se k léčbě některých závažných bakteriálních infekcí a představuje příklad léčiva, jehož přítomnost v odpadních vodách vyžaduje účinnější způsoby odstraňování. Výsledky studie zveřejnil 13. října odborný časopis Applied Biological Chemistry.
Zachycení i chemický rozklad
Základem nové technologie je tedy již výše zmíněný biochar, který vědci připravili z bambusových štěpků a následně upravili tak, aby měl velký aktivní povrch a vhodnou strukturu pórů. Do materiálu začlenili nanočástice železa o průměrné velikosti přibližně 8,5 nanometru. Výsledný kompozit spojuje dva procesy. Nejprve se molekuly antibiotika zachytávají na povrchu a uvnitř pórů biocharu. Následně železo za přítomnosti oxidačního činidla, například peroxidu vodíku, podporuje vznik vysoce reaktivních částic. Ty napadají molekuly léčiva a postupně narušují jejich chemickou strukturu.
Právě propojení adsorpce a oxidace je hlavním přínosem řešení. Zachycené antibiotikum se totiž nemusí pouze přesunout z vody na jiný materiál, ale může být také chemicky rozloženo.
Za hodinu zmizelo 98 procent antibiotika
V laboratorních zkouškách dokázal materiál odstranit přibližně 98 procent původního ceftarolinu během 60 minut. Účinek přetrvával i při opakovaném použití: po pěti cyklech dosahovala účinnost odstraňování přibližně 82 procent původní hodnoty. Celkové uvolnění železa z materiálu během těchto cyklů zůstalo pod hranicí 1,5 procenta jeho původního množství.
Výsledky však mají důležité omezení. Experimenty probíhaly v laboratorních podmínkách s připraveným roztokem antibiotika, nikoli při čištění skutečné komunální odpadní vody. Navíc odstranění 98 procent původní molekuly neznamená, že se veškeré organické znečištění změnilo na neškodné anorganické látky. Analýza ukázala, že po čtyřech hodinách se celkové množství organického uhlíku snížilo přibližně o 60 až 65 procent. Část rozloženého antibiotika tedy zůstávala přítomna ve formě dalších organických sloučenin.
Petr Dvořák
zdroj: Springer