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Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina

Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina

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La oxitetraciclina es uno de los antibióticos más utilizados en el sector acuícola; sin embargo, no se metaboliza completamente durante su administración terapéutica, resultando en presencia de residuos que incrementan la resistencia antimicrobiana en las bacterias patógenas, por lo que es relevante analizar el efecto de la fotolisis y el pH en su degradación en estanques de cultivo de camarón Penaeus vannamei.

El consumo y producción de alimentos provenientes del mar se ha incrementado debido al crecimiento de la población mundial durante los últimos años. Sin embargo, el sector acuícola no está exento de la aparición de enfermedades. Una de las alternativas para su control en el cultivo de peces y crustáceos ha sido el uso de antibióticos.

En México, los antibióticos como la oxitetraciclina (OTC), enrofloxacina y florfenicol se emplean en la industria camaronícola para controlar las infecciones bacterianas que se presentan durante los ciclos de producción.

“La OTC es uno de los antibióticos más usados en el sector acuícola por poseer actividad bactericida y ser un fármaco de bajo costo.”

No se metaboliza completamente durante su administración terapéutica, excretándose de forma inalterada al medio ambiente y en el agua, siendo las características fisicoquímicas del fármaco y del medio receptor importantes en su distribución, transporte y acumulación en el agua y el sedimento.

Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina

Posee poca estabilidad en condiciones ambientales abióticas como son el pH y la exposición a la luz, siendo la fotolisis el principal mecanismo de su degradación. El uso de la luz solar como factor de degradación de la OTC ha sido una alternativa efectiva y de bajo costo.

Sin embargo, la cinética de degradación puede ser dependiente de la composición iónica del agua marina y de los compuestos orgánicos presentes.

“Una de las principales causas de residuos de OTC acumulados en los sedimentos de los estanques acuícolas es el alimento adicionado con este antibiótico que no es ingerido por los organismos.”

La permanencia de los residuos de antibióticos en los sistemas de cultivo acuícola, incrementa la resistencia antimicrobiana en las bacterias patógenas, ocasionando cuantiosas pérdidas.

En este artículo se presenta una investigación cuyo objetivo fue determinar el efecto de la fotolisis y el pH en la degradación de la OTC en solución y contenida en el alimento para camarón, en muestras de sedimento y agua marina, para conocer el residual del antibiótico en estanques de cultivo de camarón Penaeus vannamei.

Materiales y métodos

Se realizó la toma de muestras de sedimento y agua de mar en una granja de cultivo de camarón P. vannamei ubicada en Bahía de Kino, Sonora, la cual fue seleccionada debido a la previa confirmación de que, por política de la empresa, desde hace 10 años no se aplican tratamientos con antibióticos como parte del proceso de cultivo del camarón.

Tanto las muestras de agua del mar como de sedimento, se tomaron de cuatro estanques de la granja seleccionados al azar, colectándolas en seis diferentes puntos de cada estanque. En cada muestreo se tomaron 20 L de agua de mar y se colocaron en recipientes de plástico debidamente identificados.

En el caso del sedimento, se tomaron muestras de 1 kg, empleando para su recolección una draga metálica introducida en el estanque a 20 cm de profundidad. En el laboratorio, para el agua del mar, el volumen total recolectado en los estanques se mezcló en un solo recipiente y se homogeneizó.

Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina

En el caso del sedimento, todas las muestras colectadas se vaciaron también en un recipiente y se homogeneizaron.

Se confirmó la ausencia de la OTC en las muestras de sedimento y del agua del mar, para posteriormente preparar una mezcla homogénea de ambas, en una proporción 2:98 (p/v), de la que se tomaron las submuestras para la realización de los ensayos.

Se hicieron mediciones de pH, salinidad, oxígeno disuelto y temperatura. La determinación de la OTC en el sedimento y agua marina se llevó a cabo mediante un método de cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC).

Para evaluar la degradación de la OTC en las muestras de sedimento y agua marina por efecto del pH y la exposición a la luz, se realizó un ensayo bajo condiciones controladas en el Laboratorio de Análisis Biológicos del CIAD, por un período de 40 días, siguiendo el protocolo metodológico publicado por Lai & Lin (2009).

Resultados

Parámetros fisicoquímicos en la muestra de sedimento y agua marina

La evaluación de los parámetros fisicoquímicos como: pH, salinidad, oxígeno disuelto y temperatura, que presentaron los microambientes dentro de los frascos con las muestras de sedimento y agua marina, mostró valores que se mantuvieron conforme a los óptimos en los sistemas de cultivo de camarón según lo reportado por Li et al. (2008) y Venkateswara-Rao (2009) (Tabla 1)

Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina
Alimento para camarón

El resultado obtenido en el análisis de oxitetraciclina en el alimento comercial para camarón fue de 3,256.51 ± 38.97 μgg-1 para el alimento medicado (adicionado con OTC), y se confirmó la ausencia del antibiótico en el alimento sin medicar (sin adición de OTC).

Con base en la concentración obtenida de OTC en el alimento, se hicieron los cálculos para tener una concentración de 10 μgmL-1 en las muestras de sedimento y agua marina utilizadas en los ensayos.

Estandarización del método cromatográfico para determinar oxitetraciclina y aseguramiento de la calidad de los datos

Antes de utilizar para el ensayo las muestras independientes de sedimento y agua marina colectadas en la granja acuícola, se analizaron para confirmar la ausencia de la OTC mediante cromatografía de líquidos de alta resolución. La validación del método analítico empleado para la determinación de la OTC en las muestras de sedimento y agua marina arrojó buenos resultados en los parámetros obtenidos.

El método implementado demostró ser simple, rápido, económico y confiable. Los resultados obtenidos en los parámetros de validación aseguran la calidad de los datos generados.

Degradación del estándar de la oxitetraciclina en las muestras de sedimento y agua marina

En las muestras de sedimento y agua marina, analíticamente la OTC mostró un tiempo de retención de 8.25 ± 0.02 min, observándose en el cromatograma un pico con buena resolución, sin interferencia de otros compuestos, lo que indica una adecuada especificidad o selectividad del método.

La Figura 1 presenta cromatogramas típicos obtenidos de muestras de sedimento y agua marina con OTC y un estándar de referencia de la OTC a una concentración de 10 µgmL-1.

Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina

Los resultados del experimento de degradación de la OTC sin exposición a la luz y a pH 7 y 8, mostraron que para el estándar de OTC contenido en las muestras de sedimento y agua marina, al día 20 del ensayo, en los frascos protegidos de la luz a pH 7, se tuvo una degradación del antibiótico de 75.16% y para el pH 8 fue de 69.65%.

Hubo un incremento en la degradación de la OTC con el tiempo, detectándose a los 40 días del ensayo una concentración del antibiótico de 0.86 ± 0.04 µgmL-1, lo que representó una degradación del 88.33% con respecto al valor inicial (7.37 ± 0.46 µgmL-1) en los frascos con pH 7 y una concentración de 0.71 ± 0.23 µgmL-1 en los frascos con pH 8, donde la concentración inicial fue de 7.81 ± 0.14 µgmL-1, lo que indica una degradación del 90.9% (Figura 2).

Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina

Para el caso de las muestras de sedimento y agua marina con estándar de OTC a pH 7 y 8, y expuestas a la luz, no se detectó el antibiótico al finalizar el ensayo (40 días), para ambos valores de pH.

El análisis estadístico demostró que el efecto del pH en la degradación de la OTC en los sistemas con y sin exposición a la luz, y entre los distintos puntos de muestreo, no presentó diferencias significativas (p ≥ 0.05). Sin embargo, la interacción de los factores como la luz, el tipo de OTC y el tiempo de evaluación, mostraron su efecto sobre la degradación del antibiótico (Tabla 2).

Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina

La prueba estadística de Bonferroni demostró que existe diferencia significativa en la degradación de la OTC conforme al tiempo transcurrido y los diversos factores evaluados (p ≤ 0.05).

Los resultados obtenidos en las muestras de sedimento y agua marina adicionadas con el estándar de OTC, mantenidas a pH 7 y con exposición a la luz, mostraron un tiempo de vida media de degradación (t ½) de 44.37 ± 21.08 min, a diferencia de las muestras no expuestas a la luz donde fue de 117.44 ± 77.26 min.

En los frascos mantenidos a pH 8 y expuestos a la luz, el t ½ de degradación de la OTC fue de 49.68 ± 15.0 min, y en los que se mantuvieron sin exposición a la luz se prolongó hasta 63.85 ± 18.98 min del ensayo, requiriéndose más tiempo para la degradación del antibiótico en el microambiente (Tabla 3).

Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina

La Figura 3 representa la degradación de la OTC en el alimento para camarón de la muestra de sedimento y agua marina. En los frascos expuestos a la luz no se detectó el antibiótico al final del experimento (40 días). El t ½ de la OTC en los frascos con pH 8 y exposición a la luz, se observó a los 32.89 ± 6.68 min y en los no expuestos, a los 60.11 ± 16.29 min (Tabla 3).

Efecto de la fotolisis y pH en la degradación de la oxitetraciclina en sedimento y agua marina

Discusión y Conclusiones

Se demuestra la capacidad del método de cromatografía de líquidos de alta resolución, para generar resultados directamente proporcionales a la concentración del analito de interés, como lo establece Andrade (2018). En la cuantificación de la OTC el tiempo de retención cromatográfica del antibiótico fue similar al reportado por Pro (2016), quien obtuvo un tiempo de retención de 7 min, utilizando cromatografía líquida de alta resolución.

La fotolisis e hidrólisis, son procesos que participan en la degradación de los antibióticos y son dependientes de la temperatura, el pH y la luz, como lo reportó Andrade (2018) y se comprueba en el estudio a través del efecto de factores como la luz y la forma como se encontraba la OTC usada (como estándar o incorporada en el alimento para camarón), influyendo directamente en la degradación del antibiótico (p ≤ 0.05).

“Los resultados del tratamiento de adición de OTC como estándar sin exposición a la luz, mostraron una degradación del antibiótico de 88.33% y 90.90% a condiciones de pH de 7 y 8 respectivamente, a los 40 días del ensayo.”

Mientras que, en el tratamiento con el estándar y exposición a la luz, la degradación fue del 100% para ambos valores de pH. En el tratamiento de adición de la OTC en el alimento para camarón con y sin exposición a la luz bajo condiciones de pH 7 y 8, la degradación fue del 100%, a los 40 días.

“Este hallazgo es favorable, ya que, en las granjas de cultivo de camarón, la administración de los antibióticos se lleva a cabo a través del alimento.”

La presencia de residuos de antibióticos en los sedimentos es relevante porque muchos de estos compuestos han demostrado ser persistentes en el suelo, el sedimento y el agua, lo que representa riesgos ecológicos a largo plazo y, aunque se encuentren en concentraciones traza, la exposición crónica sobre la microbiota acuática puede provocar la generación de resistencia bacteriana.

Esta es una versión resumida desarrollada por el equipo editorial de Panorama Acuícola Magazine del artículo “EFECTO DE LA FOTOLISIS Y PH EN LA DEGRADACIÓN DE LA OXITETRACICLINA EN SEDIMENTO Y AGUA MARINA” escrito por KAREN GRISELDA SOTELO-CORNEJO, ANGELICA ESPINOSA-PLASCENCIA Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C.; SERGIO GÁMEZ-BAYARDO, ADOLFO PÉREZ-ÁLVAREZ, MARIBEL JIMÉNEZEDEZA – Universidad Autónoma de Sinaloa; ALFONSO GARCÍA-GALAZ1A y MARÍA DEL CARMEN BERMÚDEZ-ALMADA – Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C.
La versión original, incluyendo tablas y figuras, fue publicada en OCTUBRE de 2021 en TIP REVISTA ESPECIALIZADA EN CIENCIAS QUÍMICO-BIOLÓGICAS.
Se puede acceder a la versión completa a través de https://doi.org/10.22201/fesz.23958723e.2021.369

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