Application of immobilized in vitro cultures of Chlorella vulgaris in bioremediation of selected non–steroidal anti–inflammatory drugs

Obecność leków i ich metabolitów w środowisku naturalnym stanowi zagrożenie dla organizmów, dla których jest siedliskiem oraz pośrednio dla ludzi. Część leków charakteryzuje się dużą opornością na konwencjonalne metody utylizacji np. fotodegradację czy ozonowanie, dlatego poszukiwanie skuteczniejszych metod neutralizacji zanieczyszczeń farmaceutycznych stanowi wyzwanie dla naukowców w XXI wieku.Celem niniejszej pracy było porównanie skuteczności bioremediacji wybranych leków niesteroidowych – ibuprofenu i ketoprofenu przez immobilizowane i kontrolne kultury in vitro słodkowodnego gatunku mikroalgi Chlorella vulgaris. Skuteczność bioremediacji określana została na podstawie analizy pozostałej ilości tych związków w podłożu hodowlanym metodą RP–HPLC. Dodatkowo, wykonano badanie analizy produktów rozpadu w podłożu hodowlanym po zakończonym procesie bioremediacji metodą UPLC–MS/MS.Porównanie skuteczności bioremediacji ibuprofenu i ketoprofenu pomiędzy kontrolnym, a immobilizowanymi kulturami in vitro zostało wykonane po raz pierwszy. Stwierdzono, że kultury in vitro C. vulgaris skutecznie usuwały ibuprofen z podłoża hodowlanego niezależnie od tego czy były to kontrolne czy immobilizowane kultury in vitro. Prawdopodobnym mechanizmem bioremediacji w tym przypadku jest bioakumulacja z utylizacją ibuprofenu w ramach kometabolizmu. Ketoprofen nie był skutecznie usuwany z podłoża hodowlanego przez kultury in vitro C. vulgaris niezależnie od sposobu prowadzenia kultur. Prawdopodobnym mechanizmem bioremediacji tego związku jest adsorpcja na powierzchni ściany komórkowej mikroalgi.

The presence of drugs and their metabolites in the natural environment is a threat to organisms for which it is their habitat and indirectly to humans. Some drugs are characterized by high resistance to conventional methods of disposal, e.g. photodegradation or ozonation, therefore the search for more effective methods of neutralizing pharmaceutical contaminants is a challenge for scientists in the 21st century.The aim of this study was to compare the effectiveness of bioremediation of selected non–steroidal drugs – ibuprofen and ketoprofen by immobilized and control in vitro cultures of freshwater microalgae Chlorella vulgaris. The effectiveness of bioremediation was determined based on the analysis of the remaining amount of these compounds in the culture medium using the RP-HPLC method. Additionally, the analysis of the decomposition products in the culture medium after the completed bioremediation process using the UPLC-MS/MS method was performed.The comparison of the effectiveness of ibuprofen and ketoprofen bioremediation between control and immobilized in vitro cultures was performed for the first time.The in vitro cultures of C. vulgaris were found to be effective in removing ibuprofen from the culture medium, whether they were control or immobilized in vitro cultures. The likely bioremediation mechanism in this case is bioaccumulation with ibuprofen utilization as part of cometabolism. Ketoprofen was not effectively removed from the culture medium by in vitro cultures of C. vulgaris regardless of the method of cultivation. The likely bioremediation mechanism of this compound is adsorption on the surface of the microalgae cell wall.