Identificare il rischio agricolo proveniente dai contaminanti emergenti delle acque di scarico
Con la crescita della domanda di risorse di acqua dolce dovuta ai cambiamenti climatici e all’aumento della popolazione globale, il riutilizzo delle acque reflue è diventato una valida alternativa per l’irrigazione delle colture in regioni con carenza idrica. Tuttavia, è risaputo che le acque reflue contengono i residui di prodotti farmaceutici, tra cui numerosi antibiotici prescritti per il trattamento. Sebbene questi ultimi siano presenti nell’irrigazione delle acque reflue come miscele di diversi componenti, si conosce poco circa i loro effetti sulla salute di piante e suolo. Utilizzando l’orzo come coltura modello, il progetto PhytoPharm, supportato dall’UE, ha esaminato gli impatti delle miscele di antibiotici. I ricercatori hanno mostrato come le piante nelle fasi di crescita iniziali fossero più suscettibili e come un’esposizione maggiore agli antibiotici comportasse una minore germinazione di semi. Questo effetto si verifica nelle concentrazioni previste per l’effluente delle acque reflue. Inoltre, le prove suggeriscono che gli impatti dell’esposizione agli antibiotici possono essere rafforzati quando combinati ad altri fattori di stress.
Previsione dei contaminanti
Per affrontare la sfida di determinare miscele rappresentative di prodotti farmaceutici nelle acque reflue, il team di PhytoPharm ha sviluppato un algoritmo per prevedere le concentrazioni di antibiotici negli effluenti delle acque reflue. «Il nostro approccio può contribuire a prevedere la composizione di miscele di antibiotici rilevanti dal punto di vista ambientale che derivano dall’uso umano», spiega Brett Sallach, borsista Marie Skłodowska-Curie. «Questo modello può essere adattato a ogni località e medicina farmaceutica dove siano presenti dati di prescrizioni mediche e su diverse scale». L’utilità del modello è stata inoltre dimostrata attraverso la valutazione di potenziali punti caldi della resistenza antibiotica nei fiumi e su scala continentale utilizzando i dati delle prescrizioni farmaceutiche dell’UE, ulteriormente perfezionate per il Regno Unito e a livello di bacino idrografico per il villaggio di Strensall, in Inghilterra. Ciò può essere impiegato per identificare i luoghi in cui le concentrazioni di antibiotici possono comportare un rischio maggiore di resistenza agli antibiotici e di cui i composti sono probabilmente responsabili.
Identificare i rischi per i sistemi agricoli
I ricercatori hanno utilizzato l’algoritmo per condurre uno studio sul mesocosmo sull’orzo irrigato con acque reflue sintetiche composte di antibiotici in concentrazioni rappresentative. «Abbiamo valutato gli impatti degli antibiotici su numerosi endpoint chimici e biologici, tra cui la crescita e la produttività delle piante, lo scambio ecosistemico netto di gas a effetto serra, la struttura della comunità microbica e la proliferazione dei geni di resistenza agli antibiotici nel suolo», illustra Sallach. Il team ha scoperto che alcuni composti sono più mobili di altri nel sistema delle piante/del suolo. Tuttavia, gli scienziati hanno inoltre dimostrato che non era presente un accumulo significativo di antibiotici aggiunto dall’irrigazione di routine, indicando che i composti vengono degradati a livello biotico (degradazione microbatterica) o a livello antibiotico attraverso l’idrolisi e la fotolisi. I risultati hanno inoltre indicato che, nonostante un effetto tossico nelle prime fasi della crescita dell’orzo, la pianta matura non era affetta, in modo misurabile, dall’esposizione agli antibiotici. Il merito alla maggiore resistenza, il team ritiene che essa sia condizionata più dalla durata del tempo di esposizione che dalle concentrazioni in crescita. È stata inoltre misurata la trasmissione dei gas a effetto serra dai mesocosmi, rivelando leggeri impatti sullo scambio ecosistemico netto di CO2 che deriva dall’esposizione agli antibiotici. Il team sta ora collegando i mutamenti nel flusso gassoso ai cambiamenti nella struttura delle comunità microbiche che li produce. L’approccio di PhytoPharm è già utilizzato in diversi progetti di follow-up e di successo, ad esempio per le indagini sugli impatti di altri composti farmaceutici, nonché composizioni provenienti da paesi in tutto il mondo. Inoltre, Sallach si è appena assicurato il finanziamento per una ricerca relativa a come gli antibiotici si degradano quando vengono raccolti dalle piante e come queste ultime disintossicano tali composti.
Parole chiave
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