Evaluation of anaerobic biodegradability characteristics of antibiotics and toxic/inhibitory effect on mixed microbial culture

İlaç etken maddelerinin üretimi ve tüketimi son yıllarda oldukça artmıştır. Henüz çevre üzerindeki riskleri ve etkileri tam olarak bilinemediği için, bu maddelerin varlıkları ve giderimleri en önemli araştırma konularından biri olmuştur. Antibiyotikler bu maddelerden biridir ve yıllık üretim ve tüketimleri tüm dünyada yaklaşık 500 tondur. Antibiyotikler konvansiyonel biyolojik arıtma proseslerine dirençli oldukları için alıcı su kaynaklarına tam olarak arıtılamadan deşarj edilmektedirler. Bu maddeleri içeren ilaç endüstrisi atıksuların arıtımı için fiziko-kimyasal arıtıma ihtiyaç duyulmaktadır. Miktarları her geçen gün ekosistemde artan bu ilaç etken maddeleri, doğada antibiyotiğe dirençli patojen organizamların artışına sebep olmakta ve bu durum halk sağlığı için büyük bir tehdit oluşturmaktadır. Anaerobik arıtım ilaç endüstrisi gibi organik ve inhibitör madde içeriği yüksek olan atıksuların arıtımı için alternatif oluşturmaktadırlar. Literatürde antibiyotik içeren atıksuların anaerobik arıtımı ile ilgili az sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar da anaerobik sistemlerle ilgili oldukça sınırlı bir bilgi sunmaktadır. Bu tip maddelerin, inhibisyon etkisi, biyolojik olarak arıtılabilirliği ve bu proseste rol alan mikrobiyal komünitenin tanımlanması ile ilgili kapsamlı bir çalışma henüz literatürde rastlanmaıştır. Bu tezde seçilen 3 farklı antibiyotiğin anaerobik sistemler üzerindeki akut ve kronik etkileri çalışılmıştır. Ayrıca farklı işletme koşullarında bakteriyel ve arkeyal kömünite tanımlanmıştır. Mikrobiyal çeşitlilik ve aktif kömünitedeki değişimler izlenmiş ve kantifikasyonu yapılmıştır. Bunlara ilaveten seçilen antibiyotiklerin homoasetojenik ve metanojenik yolizleri üzerindeki kronik etkisi mRNA bazlı çalışmalar ile tespit edilmiştir. Bu kapsamda elde edilen sonuçlar, seçilmiş antibiyotiklerin anaerobik sistemlerde kronik inhibisyon etkilerinin kısa dönem testlerine göre daha düşük konsantrasyonlarda başladığını göstermiştir. Akut testlerde her 3 antibiyotik için biyolojik aktvitedeki belirgin düşüş 50 mg/L'den sonra başlarken, kronik testlerde bu etki SMX reaktörü için 45 mg/L, ERY ve TET reaktörleri için 3 mg/L antibiyotik konsantrasyonunda gözlemlenmiştir. Uzun dönemli işletmede bütün reaktörlerde baskın bakteriyel grup Clostridium olarak tespit edilmiştir, bu gruptaki bakteriler her 3 antibiyotiğe karşı direnç kazanmış olabilirler. ERY reaktöründe hem asetoklastik hem de hidrogenotrofik metanojenler baskın durumdayken, SMX ve TET reaktörlerinde hidrogenotrofik türler baskındır. Ayrıca bu maddelerin metabolik yolizleri üzerindeki etkileri de belirlenmiştir. Seçilmiş enzimlerin mRNA düzeyinde incelenmiş olan ekspresyon seviyeleri, inhibisyonun metanojenik yolizleri üzerindeki etkisini ortaya koyarken, SMX reaktör çamurunun aktivitesi, reaktör performansının tersine antibiyotik konsantrasyonu ile orantılı olarak artmıştır. ERY ve TET reaktörleri çöktükten sonra bir süre antibiyotik beslemesi kesilerek sistemin kendini toparlaması için işletilmeye devam edilmiştir. Reaktörlerin performansında herhangi bir düzelme olmazken, ERY çamurunun aktivitesinde ve seçilen enzimlerin ekspresyonunda artış tespit edilmiştir.