Ученые Санкт-Петербургского университета разработали автоматизированный метод определения в жидкостях антибиотиков фторхинолонового ряда, которые могут быть опасны для здоровья человека. Метод был протестирован на молоке, креветках и сточных водах.
Фото: Евгений Павленко, Коммерсантъ
Фото: Евгений Павленко, Коммерсантъ
Фторхинолоны — самый распространенный тип антибиотиков, они обладают противомикробной активностью in vitro и in vivo, поэтому широко применяются в медицине как антибактериальные лекарственные средства широкого спектра действия. Такие антибиотики близки к природным соединениям, хотя являются полностью синтетическими, то есть созданными искусственно — в лаборатории. Как отмечают ученые, долгое время такие антибиотики считались безвредными, однако в последнее десятилетие в профессиональном сообществе ведутся дискуссии о необходимости более жесткого контроля за использованием антибиотиков в фармакологии, пищевой промышленности и сельском хозяйстве.
Определение антибиотиков фторхинолонового ряда в креветках
Фото: Предоставлено пресс-службой СПбГУ
Определение антибиотиков фторхинолонового ряда в креветках
Фото: Предоставлено пресс-службой СПбГУ
Молодые ученые СПбГУ, специалисты в области аналитической химии, разработали новый метод определения антибиотиков фторхинолонового ряда.
«Мы разработали и протестировали новый способ определения антибиотиков, включающий извлечение аналитов в фазу глубокого эвтектического растворителя с их последующим хроматографическим определением. Метод показал не только высокую эффективность, но и высокую чувствительность, позволяет определять даже следовые концентрации этих веществ. Кроме того, этот способ достаточно легко можно автоматизировать на принципах проточных методов анализа, что позволяет снизить трудозатраты и исключить человеческий фактор»,— рассказывает доцент СПбГУ (кафедра аналитической химии) Ирина Тимофеева.
Суть метода заключается в избирательном и эффективном выведении из исследуемого объекта антибиотиков. Это делается с помощью эвтектических растворителей — безопасных и высокоэффективных растворителей нового поколения. После экстракции фазу растворителя с выделенными в него фторхинолонами анализируют при помощи жидкостной хроматографии — метода разделения и анализа смесей веществ. В перспективе такая технология может найти массовое применение, особенно в пищевой промышленности, где сегодня хроматограф — один из самых востребованных приборов.
Ученые СПбГУ проверили свой метод на трех разных объектах анализа: молоке, креветках и сточных водах. Как отмечают ученые, такой выбор обусловлен тем, что избыток антибиотиков в них может повлечь серьезные последствия. В случае с молоком и креветками вред создается здоровью человека. В свою очередь, загрязнение сточных вод наносит вред экологии, поскольку антибиотики в конечном счете попадают в мировой океан.
«К сожалению, на сегодняшний день нет четких требований к допустимым концентрациям антибиотиков. А между тем эти вещества далеко не безопасны и тот факт, что с недавнего времени в аптеках их продают только по рецепту, только подтверждает это»,— пояснила Ирина Тимофеева.
Исследования проводились в ресурсном центре «Методы анализа состава вещества» Научного парка СПбГУ.
В начале года доценты кафедры аналитической химии СПбГУ Ирина Тимофеева и Андрей Шишов стали лауреатами ежегодной премии президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых за 2022 год.
Ирина Тимофеева, химических наук, Институт химии СПбГУ, ответила на вопросы «Ъ-Науки»:
— Судя по приведенному описанию технологии, ключевое звено в ней — эвтектические растворители. Расскажите пожалуйста, что это за вещества, как их получают, как они устроены и как работают?
— Эвтектические растворители представляют собой смесь, состоящую из донора водородной связи и акцептора, при смешивании которых образуется жидкость с более низкой температурой плавления, чем у отдельных компонентов. Представьте себе два вещества, которые при комнатной температуре представляют собой твердые кристаллы или порошок, однако стоит их поместить в один сосуд вместе — и они начнут плавиться на глазах, а происходит это за счет образования водородной связи, которая, собственно, и делает обычную воду жидкостью. Иногда для образования эвтектического растворителя недостаточно просто поместить вещества в одну емкость, требуется дополнительная энергия для его создания. Особенность этих веществ, помимо биоразлагаемости, заключается в том, что они могут совмещать в себе свойства обоих исходных компонентов, что усиливает их эффективность для тех или иных задач в несколько раз. В своих исследованиях мы используем данные вещества для извлечения аналитов (антибиотики, пестициды, металлы и др.) из различного рода проб (пищевых продуктов, фармпрепаратов, биологических жидкостей и др.). Таким образом, они обеспечивают эффективное извлечение и концентрирование даже следовых количеств определяемых компонентов. Далее с помощью известных инструментальных методов анализа проводится само определение аналитов в фазе эвтектического растворителя.
— Почему именно фторхинолоны — их проще всего определять? Они наиболее распространенные? Или же самые опасные? Какие еще типы антибиотиков имеет смысл научиться определять, если говорить о полноценном контроле содержания таких веществ в окружающей нас среде?
— Фторхинолоны являются одним из наиболее распространенных и используемых классов антибиотиков. Эти вещества синтезированы человеком и предназначены для борьбы с болезнетворными бактериями. Их спектр применения широк: в медицине, ветеринарии, аквакультуре. Безусловно, классов антибиотиков большое множество: тетрациклины, карбапенемы, пенициллы и др. Все они являются потенциальными аналитами, и предсказать, какой из антибиотиков использовался производителем конкретного пищевого продукта, невозможно. Поэтому необходимо применять комплексный подход к анализу пробы на разные группы веществ. Антибиотики неспроста разделены на группы, каждой группе присущ свой характерный признак. И определять их всех одним методом не получится именно из-за их разного химического строения и свойств. Поэтому разрабатываются методики определения отдельных групп / классов веществ.
— Какие методы определения антибиотиков широко используются сейчас и в каких отраслях это делается (делается ли вообще)? Чем ваша технология превосходит уже внедренные методы?
— Основной метод определения антибиотиков — это жидкостная хроматография. Метод позволяет увидеть каждый аналит из группы антибиотиков. Однако, учитывая сложную матрицу пробы (пищевого продукта, например), без пробоподготовки невозможно провести хроматографический анализ. И вот тут начинается та самая исследовательская работа, когда ученые всего мира, в какой-то мере соревнуясь между собой, разрабатывают наиболее простой, экспрессный, эффективный, безопасный способ выделения целевых аналитов. Прежние методы, где в качестве растворителя (экстрагента) использовались довольно токсичные вещества, устарели. И на их смену пришли новые, которые ориентированы на экологичный анализ. Вот тут-то эвтектические растворители, на мой взгляд, не имеют себе равных. Основная сложность — подобрать правильный эвтектический растворитель для конкретной задачи. Порой это занимает не один месяц.
Если говорить о том, кому могут быть интересны наши разработки,— это, конечно, пищевая промышленность
— В каких отраслях, помимо производства продуктов питания, может найти применение ваша технология (сельское хозяйство, управление сточными водами…)?
— Помимо пищевых лабораторий наши разработки могут быть полезны лабораториям водоканалов, так как в последнее время все больше информации появляется о вреде антибиотиков для флоры и фауны водоемов, в которые они попадают со сточными водами, пусть и в следовых количествах.
— Готов ли ваш метод к промышленному внедрению? Как скоро и где в первую очередь он может начать применяться?
— Несмотря на то что мы и проверяем наши разработки на реальных образцах, до их внедрения еще далеко: необходимо аттестовать методику, а это довольно длительный и трудоемкий процесс. Тем не менее мы открыты к сотрудничеству и готовы менять свой научный вектор фундаментальной направленности на прикладной.
Использованы материалы статьи.