Compensaciones mediadas por sustrato entre la eficiencia de eliminación de contaminantes y los riesgos ecológicos en...

Área de la Ciencia:

• Ciencias e ingeniería ambiental
• Microbiología
• Ecotoxicología

Sus antecedentes:

• Los genes de resistencia a los antibióticos (ARG) son una preocupación importante de Salud Única, exacerbada por la diseminación ambiental.
• Los humedales construidos (HC) son vitales para la purificación del agua, pero el diseño de sus medios reactivos a menudo pasa por alto los riesgos ecológicos asociados con los ARG.
• Los diseños actuales de HC priorizan la eliminación de contaminantes, lo que podría crear puntos críticos no intencionados para la resistencia a los antibióticos.

Objetivo del estudio:

• Investigar las compensaciones entre rendimiento y riesgo de diferentes sustratos en HC para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con antibióticos.
• Comparar el impacto de la arena de río, la zeolita, el biochar y la pirita en la eliminación de contaminantes, la proliferación de ARG y la toxicidad de los productos de transformación.
• Identificar sustratos óptimos para el diseño sostenible de HC que minimicen los riesgos ecológicos y garanticen un tratamiento eficiente.

Principales métodos:

• Estudio comparativo de cuatro HC con distintos sustratos biogeoquímicos (arena de río, zeolita, biochar, pirita) que tratan aguas residuales con múltiples antibióticos.
• Cuantificación de la demanda química de oxígeno (DQO), antibióticos parentales, gen intI1 (como indicador de transferencia horizontal de genes) y ARG.
• Evaluación de la ecotoxicidad de los productos de transformación de antibióticos y las emisiones de óxido nitroso (N2O).
• Aplicación de aprendizaje automático y modelado de ecuaciones estructurales para identificar los impulsores microbianos de los riesgos observados.

Principales resultados:

• Los humedales construidos (HC) enmendados con biochar mostraron una alta eliminación de DBO y antibióticos, pero aumentaron significativamente la proliferación de ARG (elevación de intI1 de 340 veces) y produjeron productos de transformación más tóxicos.
• Los HC enmendados con pirita lograron tasas de eliminación altas comparables mientras suprimían la proliferación de ARG a través del ciclo hierro-azufre y la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS).
• Los HC enmendados con pirita también redujeron las emisiones de N2O en un 78% y se vincularon con comunidades microbianas distintas que impulsan una eficiencia segura.
• El aprendizaje automático identificó gremios microbianos específicos responsables de los perfiles de riesgo divergentes observados en los sustratos.

Conclusiones:

• Priorizar solo la eficiencia de eliminación en el diseño de HC es una estrategia errónea debido a los riesgos ecológicos potenciales como la proliferación de ARG.
• La pirita es un sustrato superior, que ofrece un equilibrio de alto rendimiento y bajo riesgo ecológico, alineado con los principios de Salud Única.
• Los biorreactores de tratamiento de próxima generación deben diseñarse con sustratos como la pirita para garantizar la seguridad y sostenibilidad ambiental.