Compromised performance and microbial communities of photobioreactors exposed to veterinary antibiotics during swine wastewater treatment

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Abstract

Adoptando un enfoque de ingeniería verde, este estudio utiliza fotobiorreactores microalga‑bacterianos naturales para la valorización sostenible de aguas residuales porcinas ricas en nitrógeno. Sin embargo, el uso generalizado de antibióticos en la ganadería puede alterar las comunidades microbianas que sustentan estos sistemas, potencialmente afectando su rendimiento. Este estudio presenta una investigación novedosa, simultánea y comparativa de la presión ecológica ejercida por tres antibióticos específicos a concentraciones ambientalmente relevantes — tetraciclina (1500 μg/L), ciprofloxacino (100 μg/L) y sulfadiazina (1500 μg/L) — en fotobiorreactores paralelos que tratan aguas residuales porcinas complejas y reales. Integrando el análisis ecológico comparativo con la detección de fármacos acumulados en la biomasa, este trabajo evalúa sistemáticamente la eliminación de nutrientes y el crecimiento de microalgas, el destino de los antibióticos y la dinámica de la comunidad microbiana, al tiempo que vincula de manera única la proliferación de taxones oportunistas (p. ej., Pseudomonas , Acinetobacter) con una baja eficiencia de biosorción y posibles mecanismos de resistencia antimicrobiana. La tetraciclina y la sulfadiazina fueron eliminadas principalmente por degradación (73 % y 53 %, respectivamente), mientras que la eliminación del ciprofloxacino fue insignificante. La exposición a antibióticos deterioró significativamente la eliminación de nutrientes y redujo la biomasa de Chlorella sp., provocando cambios en 25 taxones bacterianos. El análisis de redundancia (tb‑RDA) cuantificó la presión selectiva, demostrando que la exposición a antibióticos fue un impulsor principal de la variación de la comunidad. Los taxones asociados con la eliminación de nutrientes disminuyeron, mientras que los taxones potencialmente resistentes a los fármacos proliferaron pero no lograron mantener el rendimiento funcional. De manera crucial, estos efectos fueron persistentes e irreversibles, ya que ni la estructura de la comunidad microbiana ni el rendimiento del tratamiento se recuperaron tras la exposición, comprometiendo en última instancia la eficiencia del tratamiento. Estos hallazgos resaltan que los antibióticos veterinarios comprometen la estabilidad y eficiencia de los sistemas microalga‑bacterianos, desafiando su implementación como tecnologías de tratamiento de aguas residuales resilientes. [Traducción automática al español; idioma original: inglés.]