การปนเปื้อนของผลิตภัณฑ์ยาในสิ่งแวดล้อมทางน้ำ และการประยุกต์ใช้ เอนไซม์แลคเคสจากเห็ดในการกำจัด

ผู้แต่ง

  • ฐาปกรณ์ คำหอมกุล คณะสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยอีสเทิร์นเอเชีย
  • ศิริพงษ์ พิมสุคะ คณะสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยอีสเทิร์นเอเชีย

คำสำคัญ:

การปนเปื้อน, การกำจัด, ผลิตภัณฑ์ยา, สิ่งแวดล้อมทางน้ำ, เอนไซม์แลคเคส, เห็ด

บทคัดย่อ

ผลิตภัณฑ์ยาได้ถูกค้นพบในแหล่งน้ำตามธรรมชาติทั่วโลกในฐานะสารก่อมลพิษในสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นใหม่ ซึ่งมีการรายงานการปนเปื้อนผลิตภัณฑ์ยาในสภาพแวดล้อมทางน้ำในระดับความเข้มข้นตั้งแต่นาโนกรัมจนถึงไมโครกรัมต่อลิตร และนักวิจัยหลายท่านได้เผยให้เห็นว่า ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ยาเพียงเล็กน้อยในสิ่งแวดล้อมทางน้ำอาจส่งผลระยะยาวต่อสิ่งมีชีวิตได้ ซึ่งน้ำทิ้งจากโรงบำบัดน้ำเสียเป็นแหล่งกำเนิดที่สำคัญที่ทำให้เกิดการปนเปื้อนของผลิตภัณฑ์ยา เนื่องจากการบำบัดน้ำเสียแบบดั้งเดิมสามารถกำจัดผลิตภัณฑ์ยาได้จำนวนหนึ่งเท่านั้น ดังนั้นจึงมีการปรับปรุงระบบบำบัดน้ำเสียให้มีประสิทธิภาพในการกำจัดผลิตภัณฑ์ยาโดยใช้เทคโนโลยีขั้นสูงด้วยวิธีการที่หลากหลาย อย่างไรก็ตามวิธีการเหล่านี้ส่วนใหญ่ต้องการพลังงาน ต้นทุนการดำเนินงาน และการเติมสารเคมีเป็นจำนวนมาก ด้วยเหตุนี้การใช้เอนไซม์แลคเคสที่สกัดจากเห็ดในการกำจัดผลิตภัณฑ์ยาจึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจ เนื่องจากเอนไซม์แลคเคสได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกำจัดผลิตภัณฑ์ยาที่หลากหลาย ซึ่งจุดเด่นของเอนไซม์แลคเคสประกอบด้วย รูปแบบการใช้งานที่หลากหลาย การนำกลับมาใช้ใหม่ การแยกผลิตภัณฑ์ได้ง่าย และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

References

Ahmad, A. L., Mohd Harun, M. H. Z., Akmal Jasni, M. K., & Zaulkiflee, N. D. (2021). Removal of Ibuprofen at Low Concentration Using a Newly Formulated Emulsion Liquid Membrane. Membranes, 11(10), 740. https://doi.org/10.3390/membranes11100740

Almeida, Â., Silva, M. G., Soares, A. M., & Freitas, R. (2020). Concentrations levels and effects of 17alpha Ethinylestradiol in freshwater and marine waters and bivalves: A review. Environmental Research, 185, 109316. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109316

Arregui, L., Ayala, M., Gómez-Gil, X., Gutiérrez-Soto, G., Hernández-Luna, C. E., Herrera de Los Santos, M., Levin, L., Rojo‑Domínguez, A., Romero‑Martínez, D., Saparrat, M. C. N., Trujillo‑Roldán, M. A., & Valdez-Cruz, N. A. (2019). Laccases: Structure, function, and potential application in water bioremediation. Microbial Cell Factories, 18(1), 1-33. https://doi.org/10.1186/s12934-019-1248-0

Ashrafi, S. D., Nasseri, S., Alimohammadi, M., Mahvi, A. H., & Faramarzi, M. A. (2020). Application of free and immobilized laccase for removal and detoxification of fluoroquinolones from aqueous solution. Global NEST Journal, 22(2), 240-249. https://doi.org/10.30955/gnj.002973

Aus der Beek, T., Weber, F. A., Bergmann, A., Hickmann, S., Ebert, I., Hein, A., & Küster, A. (2016). Pharmaceuticals in the environment—global occurrences and perspectives. Environmental Toxicology and Chemistry, 35(4), 823-835. https://doi.org/10.1002/etc.3339

Bilal, M., & Iqbal, H. M. (2019). Persistence and impact of steroidal estrogens on the environment and their laccase-assisted removal. Science of the Total Environment, 690, 447-459. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.07.025

Biswas, P., & Vellanki, B. P. (2021). Occurrence of emerging contaminants in highly anthropogenically influenced river Yamuna in India. Science of The Total Environment, 782, 146741. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146741

Caban, M., & Stepnowski, P. (2021). How to decrease pharmaceuticals in the environment? A review. Environmental Chemistry Letters, 19(4), 3115-3138. https://doi.org/10.1007/s10311-021-01194-y

Chen, H., Zheng, W., Shen, X., Zhang, F., Zhou, X., Shen, J., & Lu, M. (2021). Occurrence, distribution, and ecological risk assessment of antibiotics in different environmental media in Anqing, Anhui province, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(15), 8112. https://doi.org/10.3390/ijerph18158112

Da Le, N., Hoang, A. Q., Hoang, T. T. H., Nguyen, T. A. H., Duong, T. T., Pham, T. M. H., Nguyen, T. D., Hoang, V. C., Phung, T. X. B., Le, H. T., Tran, C. S., Dang, T. H., Vu, N. T., Nguyen, T. N., & Le, T. P. Q. (2021). Antibiotic and antiparasitic residues in surface water of urban rivers in the Red River Delta (Hanoi, Vietnam): Concentrations, profiles, source estimation, and risk assessment. Environmental Science and Pollution Research, 28(9), 10622-10632. https://doi.org/10.1007/s11356-020-11329-3

Du, B., Fan, G., Yu, W., Yang, S., Zhou, J., & Luo, J. (2020). Occurrence and risk assessment of steroid estrogens in environmental water samples: A five-year worldwide perspective. Environmental Pollution, 267, 115405. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115405

Eldridge, C. H., Milliken, A., Farmer, C., Wendland, N., Coward, L., Gregory, D. J., & Johnson, C. M. (2017). Efficient remediation of 17α-ethinylestradiol by Lentinula edodes (shiitake) laccase. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 10, 64-68. doi: 10.1016/j.bcab.2017.02.004

Fekadu, S., Alemayehu, E., Dewil, R., & Van der Bruggen, B. (2019). Pharmaceuticals in freshwater aquatic environments: A comparison of the African and European challenge. Science of The Total Environment, 654, 324-337. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.11.072

Gabet, A., Métivier, H., de Brauer, C., Mailhot, G., & Brigante, M. (2021). Hydrogen peroxide and persulfate activation using UVA-UVB radiation: Degradation of estrogenic compounds and application in sewage treatment plant waters. Journal of Hazardous Materials, 405, 124693. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124693

Garcia, L. F., Lacerda, M. F. A. R., Thomaz, D. V., de Souza Golveia, J. C., Pereira, M. D. G. C., de Souza Gil, E., Schimidt, F., & Santiago, M. F. (2019). Optimization of laccase–alginate–chitosan-based matrix toward 17α-ethinylestradiol removal. Preparative Biochemistry and Biotechnology, 49(4), 375-383. https://doi.org/10.1080/10826068.2019.1573195

Golveia, J. C., Santiago, M. F., Sales, P. T., Sartoratto, A., Ponezi, A. N., Thomaz, D. V., de Souza Gil, T., & F. Bara, M. T. (2018). Cupuaçu (Theobroma grandiflorum) residue and its potential application in the bioremediation of 17-Α-ethinylestradiol as a Pycnoporus sanguineus laccase inducer. Preparative Biochemistry and Biotechnology, 48(6), 541-548. https://doi.org/10.1080/10826068.2018.1466161

Kumar, V., & Sonkar, P. (2013). Laccases: sources and their environmental application. International Journal of Bioassays, 2(6), 909-911. https://www.ijbio.com/articles/laccases-sources-and-their-environmental-application.pdf

Kumhomkul, T. (2020). Contamination and effect of pharmaceutical products in environment. EAU Heritage Journal Science and Technology, 14(2), 40-50. (in Thai)

Lonappan, L., Rouissi, T., Laadila, M. A., Brar, S. K., Hernandez Galan, L., Verma, M., & Surampalli, R. Y. (2017). Agro-industrial-produced laccase for degradation of diclofenac and identification of transformation products. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 5(7), 5772-5781. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b00390

Lu, S., Lin, C., Lei, K., Xin, M., Wang, B., Ouyang, W., Liu, X., & He, M. (2021). Endocrine-disrupting chemicals in a typical urbanized bay of Yellow Sea, China: Distribution, risk assessment, and identification of priority pollutants. Environmental Pollution, 287, 117588. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117588

Mathon, B., Coquery, M., Liu, Z., Penru, Y., Guillon, A., Esperanza, M., Miege, C., & Choubert, J. M. (2021). Ozonation of 47 organic micropollutants in secondary treated municipal effluents: Direct and indirect kinetic reaction rates and modelling. Chemosphere, 262, 127969. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127969

Maryskova, M., Rysova, M., Novotny, V., & Sevcu, A. (2019). Polyamide-laccase nanofiber membrane for degradation of endocrine-disrupting bisphenol A, 17α-ethinylestradiol, and triclosan. Polymers, 11(10), 1560. https://doi.org/10.3390/polym11101560

Mutiyar, P. K., & Mittal, A. K. (2014). Occurrences and fate of selected human antibiotics in influents and effluents of sewage treatment plant and effluent-receiving river Yamuna in Delhi (India). Environmental Monitoring and Assessment, 186(1), 541-557. https://doi.org/10.1007/s10661-013-3398-6

Ngo, T. H., Van, D. A., Tran, H. L., Nakada, N., Tanaka, H., & Huynh, T. H. (2021). Occurrence of pharmaceutical and personal care products in Cau River, Vietnam. Environmental Science and Pollution Research, 28(10), 12082-12091. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09195-0

Ojoghoro, J. O., Scrimshaw, M. D., & Sumpter, J. P. (2021). Steroid hormones in the aquatic environment. Science of The Total Environment, 792, 148306. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148306

Pardo, I., Rodríguez-Escribano, D., Aza, P., De Salas, F., Martínez, A. T., & Camarero, S. (2018). A highly stable laccase obtained by swapping the second cupredoxin domain. Scientific Reports, 8(1), 1-10. https://doi.org/10.1038/s41598-018-34008-3

Patel, M., Kumar, R., Kishor, K., Mlsna, T., Pittman Jr, C. U., & Mohan, D. (2019). Pharmaceuticals of emerging concern in aquatic systems: chemistry, occurrence, effects, and removal methods. Chemical Reviews, 119(6), 3510-3673. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00299

Prajapati, H. V., & Minocheherhomji, F. P. (2018). Laccase-a wonder molecule: A review of its properties and applications. International Journal of Pure & Applied Bioscience, 6(1), 766-773. http://dx.doi.org/10.18782/2320-7051.6233

Prokić, D., Vukčević, M., Mitrović, A., Maletić, M., Kalijadis, A., Janković-Častvan, I., & Đurkić, T. (2022). Adsorption of estrone, 17β-estradiol, and 17α-ethinylestradiol from water onto modified multi-walled carbon nanotubes, carbon cryogel, and carbonized hydrothermal carbon. Environmental Science and Pollution Research, 29(3), 4431-4445. https://doi.org/10.1007/s11356-021-15970-4

Snyder, S., Lue-Hing, C., Cotruvo, J., Drewes, J. E., Pleus, R. C., & Schlenk, D. (2010). Pharmaceuticals in the water environment. Retrieved from https://www.acs.org/content/dam/acsorg/policy/acsonthehill/briefings/pharmaceuticalsinwater/nacwa-paper.pdf

Sutaswiriya, N., Homklin, S., Kreetachat, T., Vaithanomsat, P., & Kreetachat, N. (2021). Monitoring estrogen and androgen residues from livestock farms in Phayao Lake, Thailand. Environmental Monitoring and Assessment, 193(12), 1-16. https://doi.org/10.1007/s10661-021-09607-9

Suzuki, S., Ogo, M., Takada, H., Seki, K., Mizukawa, K., Kadoya, A., Yokokawa, T., Sugimoto, Y., Sato-Takabe, Y., Boonla, C., Anomasiri, W., & Sukpanyatham, N. (2021). Contamination of antibiotics and sul and tet (M) genes in veterinary wastewater, river, and coastal sea in Thailand. Science of The Total Environment, 791, 148423. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148423

Tong, L., Qin, L., Guan, C., Wilson, M. E., Li, X., Cheng, D., Ma, J., Liu, H., & Gong, F. (2020). Antibiotic resistance gene profiling in response to antibiotic usage and environmental factors in the surface water and groundwater of Honghu Lake, China. Environmental Science and Pollution Research, 27(25), 31995-32005. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09487-5

Wang, J., & Wang, S. (2016). Removal of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) from wastewater: a review. Journal of Environmental Management, 182, 620-640. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.07.049

Yu, J., Kang, Y., Yin, W., Fan, J., & Guo, Z. (2020). Removal of antibiotics from aqueous solutions by a carbon adsorbent derived from protein-waste-doped biomass. ACS Omega, 5(30), 19187-19193. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02568

Zdarta, J., Jesionowski, T., Pinelo, M., Meyer, A. S., Iqbal, H. M., Bilal, M., Nguyen, L. N., & Nghiem, L. D. (2022). Free and immobilized biocatalysts for removing micropollutants from water and wastewater: Recent progress and challenges. Bioresource Technology, 344, 126201. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126201

Zheng, Y., Lu, G. H., Shao, P. W., Piao, H. T., Gai, N., Rao, Z., Zhao, Q. S., & Yang, Y. L. (2020). Source tracking and risk assessment of pharmaceutical and personal care products in surface waters of Qingdao, China, with emphasis on influence of animal farming in rural areas. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 78(4), 579-588. https://doi.org/10.1007/s00244-020-00725-y

Zhu, F., Wang, S., Liu, Y., Wu, M., Wang, H., & Xu, G. (2020). Antibiotics in the surface water of Shanghai, China: screening, distribution, and indicator selecting. Environmental Science and Pollution Research, 28(8), 9836-9848. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10967-x

Downloads

เผยแพร่แล้ว

2022-07-18

ฉบับ

บท

บทความวิชาการ