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Una propuesta de investigación sobre la fitorremediación de antibióticos en ambientes acuáticos utilizando lemna minor y spirodela polyrhiza. El estudio evalúa la capacidad de estas macrófitas para absorber y degradar antibióticos como sulfametoxazol, ciprofloxacino y tetraciclina, con el objetivo de mejorar la calidad del agua. Se exploran los efectos de estos contaminantes en el crecimiento y la actividad fotosintética de las plantas, así como los cambios en los parámetros fisicoquímicos del agua durante el proceso de fitorremediación. La investigación busca ofrecer una solución sostenible para mitigar la contaminación por antibióticos en cuerpos de agua, contribuyendo a la salud humana y la biodiversidad.
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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diseminación de genes de resistencia a los antibióticos (ARG) y bacterias resistentes a los antibióticos (ARB). Sin embargo, la dinámica y los cambios notables de los ARGs, su patogenicidad asociada, la movilidad y los riesgos durante los procesos de tratamiento de las aguas residuales hospitalarias siguen siendo poco conocidos (Xu et al., 2024). También preocupa la aplicación generalizada de antibióticos profilácticos en los sectores clínico y agrícola, así como de productos químicos y detergentes utilizados en la industria alimentaria y manufacturera, especialmente los compuestos cuaternarios (Hazra et al., 2024). Las actividades humanas generan efluentes, como aguas residuales, estiércol y residuos industriales, que contaminan suelos y medios acuáticos con bacterias resistentes a los antibióticos (ARB), genes de resistencia (ARG) y agentes selectivos como biocidas y metales pesados (Martak et al., 2024). La resistencia a los antibióticos, inducida por el estrés de estos compuestos, se propaga en el medio ambiente y termina afectando la salud (Gong et al., 2024). La aparición de resistencia en comunidades microbianas representa una amenaza global para la seguridad alimentaria, agravada por la reciente identificación de nuevas cepas de bacterias resistentes en plantas y alimentos de origen animal. Estos microbios pueden ingresar al cuerpo humano a través del contacto directo con animales infectados o del consumo de alimentos contaminados (Okaiyeto et al., 2024). Por otra parte, debemos saber que, en Canadá, diariamente se vierten contaminantes de interés emergente en las aguas dulces desde instalaciones de tratamiento de residuos. Estos incluyen compuestos farmacéuticos activos (PhAC), productos de cuidado personal (PCP), sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) y microplásticos, liberados legalmente desde plantas de tratamiento de aguas residuales, regeneración de agua, tratamiento de aguas hospitalarias y otras instalaciones (Aladekoyi et al., 2024). Las aguas residuales municipales tratadas pueden ser una fuente confiable de agua para riego en áreas áridas con recursos hídricos limitados o propensas a sequías, aunque pueden contener residuos de antibióticos que podrían afectar a los cultivos (Bhattacharjee et al., 2024). Las sustancias químicas emergentes aumentan drásticamente en los ecosistemas acuáticos en las últimas décadas, provocando efectos nocivos en los entornos sostenibles (Islam & Midya, 2023). La presencia continua de antibióticos en el ambiente, procedente de diversas fuentes, ejerce presión selectiva sobre los microorganismos, promoviendo (Thibodeau et al., 2024a), éstas bacterias pueden transferir genes virulentos, aumentando su resistencia mediante la formación de
biopelículas, la alteración de la permeabilidad de las membranas y las bombas de eflujo, agravando así la resistencia a los antimicrobianos (RAM) (Barathe et al., 2024). La RAM puede ingresar en los ecosistemas acuáticos naturales desde instalaciones clínicas a través de las aguas residuales (Leopold et al., 2024). Los antimicrobianos, utilizados frecuentemente en el tratamiento de enfermedades bacterianas en humanos y animales, son difíciles de eliminar con tecnologías convencionales de tratamiento de aguas residuales debido a su naturaleza persistente (Mahmud et al., 2024). Como resultado, la fauna acuática se ve afectada, incluidos los organismos de agua dulce con una microbiota parcialmente impermeable (Thibodeau et al., 2024b). Es por ello que también decimos que los antibióticos son conocidos como contaminantes debido a su persistencia y a su impacto adverso en los ecosistemas acuáticos (Nabilah Mohd Noor et al., 2023). Recientemente, el uso de microalgas ha surgido como un enfoque sostenible y prometedor para la eliminación de antibióticos debido a su condición de no objetivo, su rápido crecimiento y su capacidad de recuperación de carbono.(Xiao et al., 2024). Los compuestos bioactivos, como los flavonoides y los elagitaninos, conocidos por sus notables propiedades antimicrobianas, ofrecen una solución sostenible al problema mundial de la resistencia a los antibióticos (Takahashi et al., 2024), la fitorremediación de los productos farmacéuticos y de cuidado personal se produce a través de la absorción, translocación y degradación por parte de las plantas, translocación y degradación. Plantas como Canna indica y Phragmites australis han demostrado una eficacia de eliminación de antibióticos de ~70-90%.(Singh et al., 2024), además, también se sabe que al aplicar fitorremediación con macrofitas, los parámetros fisicoquímicos que mejoran con el tratamiento en cuanto al oxígeno, el potencial de oxidación-reducción y el pH (Maldonado et al., 2023). Estudios indican que varias especies de lenteja de agua como L. aequinoctialis, L. minor, L. punctata y S. polyrhiza pueden eliminar eficientemente SMX mediante el proceso fito-Fenton. (Toyama et al., 2024). Es por ello que en presente trabajo de investigación se plantea elaborar un cultivo de macrófitas como Lemna minor y Spirodela polyrhiza para posteriormente emplearlas en un ambiente acuático generado, altamente afectado por antibióticos como sulfametoxazol, ciprofloxacino y Tetracyclina.
2.4 Objetivos 2.4.1 Objetivo general Evaluar la eficacia de Lemna minor y Spirodela polyrhiza en la fitoremediación de un ambiente acuático contaminado con los antibióticos sulfametoxazol, ciprofloxacino y tetraciclina, determinando su capacidad de absorción y degradación de estos compuestos para mejorar la calidad del agua y reducir la carga de antibióticos residuales en el ecosistema. 2.4.2 Objetivos específicos La aplicación de macrófitas Lemna minor y Spirodela polyrhiza en un ecosistema acuático inducido, proporcionará eficiencia de absorción y acumulación de antibióticos (sulfametoxazol, ciprofloxacino y tetraciclina) por Lemna minor y Spirodela polyrhiza. La aplicación de macrófitas Lemna minor y Spirodela polyrhiza en un ecosistema acuático inducido, permitirá analizar los efectos del crecimiento y salud como biomasa, contenido de clorofila y actividad fotosintética, de Lemna minor y Spirodela polyrhiza en presencia de antibióticos. La aplicación de macrófitas Lemna minor y Spirodela polyrhiza en un ecosistema acuático inducido, permitirá evaluar el impacto de Lemna minor y Spirodela polyrhiza en los parámetros fisicoquímicos del agua durante la fitoremediación de antibióticos. 2.5 Hipótesis 2.5.1 Hipótesis general Lemna minor y Spirodela polyrhiza son efectivas en la remoción y degradación de los antibióticos sulfametoxazol, ciprofloxacino y tetraciclina en ambientes acuáticos contaminados, mejorando significativamente la calidad del agua y reduciendo la concentración de antibióticos residuales en el ecosistema, sin comprometer la salud y el crecimiento de las macrófitas involucradas en el proceso. 2.5.2 Hipótesis específicas La aplicación de macrófitas Lemna minor y Spirodela polyrhiza en un ecosistema acuático inducido, muestra una mayor capacidad de absorción y acumulación de sulfametoxazol y ciprofloxacino en comparación con tetraciclina, debido a diferencias en sus propiedades químicas y estructurales.
La aplicación de macrófitas Lemna minor y Spirodela polyrhiza en un ecosistema acuático inducido a concentraciones crecientes de sulfametoxazol, ciprofloxacino y tetraciclina afecta negativamente el crecimiento, la biomasa y la actividad fotosintética de Lemna minor y Spirodela polyrhiza. La aplicación de macrófitas Lemna minor y Spirodela polyrhiza en un ecosistema acuático inducido, da cambios significativos en los parámetros fisicoquímicos del agua, en cuanto al oxígeno, el potencial de oxidación-reducción y el pH. III. Metodología 3.1 Tipo y nivel de investigación Para el proyecto "Fitorremediación de Antibióticos por Lemna minor y Spirodela polyrhiza : Evaluación de la Absorción y Degradación para la Mejora de la Calidad del Agua en Ambientes Acuáticos," el tipo y nivel de investigación se definen cuidadosamente para alcanzar los objetivos planteados. Este estudio es de tipo experimental, ya que implica una manipulación directa de variables en un ambiente controlado. Se aplicará un tratamiento específico utilizando macrófitas ( Lemna minor y Spirodela polyrhiza ) en ambientes acuáticos contaminados con antibióticos. Esto permitirá evaluar de forma precisa la eficacia de estas plantas en la absorción y degradación de los antibióticos. Además, el proyecto se clasifica en un nivel explicativo, ya que tiene como objetivo no solo observar los resultados de la intervención, sino también entender las relaciones causales entre la aplicación de macrófitas y la reducción de antibióticos. Este enfoque permitirá explicar cómo el proceso de fitorremediación influye en la calidad del agua y en la reducción de contaminantes, generando información relevante para la gestión de residuos en ecosistemas acuáticos. 3.2 Diseño de investigación Para el proyecto, se utilizará un diseño experimental pre-post con grupo control. Este diseño experimental se selecciona porque permite evaluar los cambios en los parámetros del agua y la salud de las macrófitas, comparando los valores antes y después de la intervención, y distinguiendo los resultados obtenidos con un grupo control. El grupo experimental será tratado con macrófitas, mientras que el grupo control permanecerá sin intervención para servir como referencia. Al medir variables como la concentración de antibióticos y los parámetros fisicoquímicos del agua antes de introducir las plantas y nuevamente al final del experimento, se podrá observar el impacto específico de Lemna minor y Spirodela polyrhiza. Este
IV. Bibliografía Aladekoyi, O., Siddiqui, S., Hania, P., Hamza, R., & Gilbride, K. (2024). Accumulation of antibiotics in the environment: Have appropriate measures been taken to protect Canadian human and ecological health? In Ecotoxicology and Environmental Safety (Vol. 280). Academic Press. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024. Barathe, P., Kaur, K., Reddy, S., Shriram, V., & Kumar, V. (2024). Antibiotic pollution and associated antimicrobial resistance in the environment. Journal of Hazardous Materials Letters , 5. https://doi.org/10.1016/j.hazl.2024. Bhattacharjee, A. S., Phan, D., Zheng, C., Ashworth, D., Schmidt, M., Men, Y., Ferreira, J. F. S., Muir, G., Hasan, N. A., & Ibekwe, A. M. (2024). Dissemination of antibiotic resistance genes through soil-plant-earthworm continuum in the food production environment. Environment International , 183. https://doi.org/10.1016/j.envint.2023. Gong, W., Guo, L., Huang, C., Xie, B., Jiang, M., Zhao, Y., Zhang, H., Wu, Y. X., & Liang, H. (2024). A systematic review of antibiotics and antibiotic resistance genes (ARGs) in mariculture wastewater: Antibiotics removal by microalgal-bacterial symbiotic system (MBSS), ARGs characterization on the metagenomic. In Science of the Total Environment (Vol. 930). Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024. Hazra, M., Watts, J. E. M., Williams, J. B., & Joshi, H. (2024). An evaluation of conventional and nature-based technologies for controlling antibiotic-resistant bacteria and antibiotic- resistant genes in wastewater treatment plants. In Science of the Total Environment (Vol. 917). Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024. Islam, S. S., & Midya, S. (2023). Growth regulatory pattern of zooplankton in herbicide and antibiotic contaminated aquatic ecosystem: An overview. In Watershed Ecology and the Environment (Vol. 5, pp. 153 – 160). KeAi Communications Co. https://doi.org/10.1016/j.wsee.2023.06. Leopold, M., Kabicher, A., Pap, I. J., Ströbele, B., Zarfel, G., Farnleitner, A. H., & Kirschner, A. K. T. (2024). A comparative study on antibiotic resistant Escherichia coli isolates from Austrian patients and wastewater-influenced Danube River water and biofilms. In International Journal of Hygiene and Environmental Health (Vol. 258). Elsevier GmbH. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2024. Lin, B., Lai, Y., Ke, Y., Huang, Y., Tao, Y., Han, X., & Ma, J. (2024). Recent advances in biofilm technologies for breeding wastewater treatment: Fundamentals, performance and impacts of antibiotics. In Journal of Water Process Engineering (Vol. 62). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024. Mahmud, F., Banhi, T. S., Roy, H., Dihan, M. R., Islam, M. S., Cai, Y., Asiri, A. M., Rahman, M. M., Hasan, M. M., Shenashen, M. A., Islam, A., Sheikh, M. C., & Awual, M. R. (2024). Antibiotic-contaminated wastewater treatment and remediation by electrochemical
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