Ecotoxicity assessment of fluoroquinolones and sulfonamides, in two saltwater organisms

Fluoroquinolones (FQs) and Sulfonamides (SAs) are widely used as antimicrobials in both medical and veterinary fields due to their effectiveness and broad spectrum of action against various pathogenic microbial species. However, this has resulted in their widespread presence in the aquatic environment. Sources of contamination include pharmaceutical discharges, urban sewage, aquaculture facilities, and agricultural lands fertilized with manure/slurry from animals subjected to mass medication. The effect of these antimicrobials on the aquatic environment is well documented in the scientific literature, both concerning surface waters and river and lake sediments; however, very little is known about their impact on marine ecosystems. This thesis evaluated the ecotoxicity of eight antibiotics, four FQs, and four SAs, on two salt-water organisms: the algae Phaeodactylum tricornutum and the crustacean Artemia salina. This choice was motivated by the importance of assessing effects on the first two trophic levels, which can have bottom-up repercussions on the marine ecosystem. Algal growth inhibition tests (72h) were run in P. tricornutum whilst acute immobilization tests (48h) were performed on A. salina. The results highlighted significant toxic effects of SAs on P. tricornutum, while with FQs, effects were observed only at rather high concentrations. Unlike FQs, SAs, in three out of four cases, demonstrated algicidal effects, which apparently are not limited by the addition of folic acid to the culture medium. Regarding A. salina, adverse effects were observed only with Ciprofloxacin, suggesting its potential use in future chronic toxicity tests. By comparing the EC50 values measured in P. tricornutum with the environmental concentrations reported in the literature, a preliminary assessment of the Risk Quotient (RQ) was possible, highlighting Sulfadiazine and Sulfamethoxazole as the two antibiotics that deserve the most attention.

I Fluorochinoloni (FQs) e i Sulfamidici (SAs) sono ampiamente utilizzati come antimicrobici sia in ambito medico che veterinario, grazie alla loro efficacia e al loro ampio spettro d'azione contro diverse specie microbiche patogene. Tuttavia, ciò ha comportato la loro diffusa presenza nell'ambiente acquatico. Le fonti di contaminazione sono costituite dagli scarichi delle case farmaceutiche, dagli scarichi urbani, dagli impianti di acquacoltura e dai terreni agricoli fertilizzati con letami/liquami provenienti da animali oggetto di trattamenti di massa. L'effetto di questi antimicrobici sull'ambiente acquatico è ben documentato nella letteratura scientifica, sia per quanto riguarda le acque superficiali che i sedimenti di fiumi e laghi; tuttavia, molto poco si conosce circa il loro impatto sugli ecosistemi marini. La presente tesi ha valutato l'ecotossicità di otto antibiotici, quattro FQs e quattro SAs, su due organismi marini: l'alga Phaeodactylum tricornutum e il crostaceo Artemia salina. Questa scelta è stata motivata dall'importanza di valutare gli effetti sui primi due livelli trofici, che possono avere ripercussioni bottom-up sull'ecosistema marino. Saggi di inibizione della crescita algale (72h) sono stati eseguiti su P. tricornutum, mentre test di immobilizzazione acuta (48h) sono stati eseguiti su A. salina. I risultati hanno evidenziato, in P. tricornutum, effetti tossici rilevanti dei SAs, mentre con i FQs gli effetti sono stati osservati solo a concentrazioni piuttosto elevate. I SAs, a differenza dei FQs, hanno dimostrato, in tre casi su quattro, di avere un effetto algicida che, apparentemente, non viene limitato dall’aggiunta di acido folico al medium di coltura. Per quanto riguarda, invece, A. salina, gli effetti avversi sono stati osservati solo con il Ciprofloxacin, suggerendo il possibile impiego di questo farmaco in futuri test di tossicità cronica. Confrontando le EC 50 misurate in P. tricornutum con le concentrazioni ambientali riportate in letteratura, è stato possibile svolgere una valutazione preliminare del Quoziente di Rischio (RQ) che ha evidenziato Sulfadiazina e Sulfametossazolo come i due antibiotici che meritano maggiore attenzione.