Fate, environmental impact and treatability of favipiravir and surveillance of sars-cov-2 RNA: Comparison with Covid-19 cases
Favipiravir'in akıbeti, çevresel etkisi ve arıtılabilirliği ile sars-cov-2 RNA'nın izlenmesi: Covid-19 vakaları ile karşılaştırma
- Tez No: 909045
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Biyolojik bozunma-çevresel, Biyolojik parçalanma, COVID 19, Ekolojik risk, Favipiravir, Fotobozunma, Membran sistemler, SARS virüsü, Çevresel bozulma, Biodegradation-environmental, Biodegradation, COVID 19, Ecological risk, Favipiravir, Photodegradation, Membrane systems, SARS virus, Environmental degradation
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Biyoteknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Antiviral ilaçlar, antibiyotikler, antidepresanlar, anti-inflamatuar ilaçlar, antipiretikler, beta-blokerler ve lipid düzenleyiciler gibi ilaç maddeleri, hem insan hem de hayvan sağlık hizmetlerinde yaşam kalitesini artırmak ve ömrü uzatmak amacıyla daha yaygın hale gelmiştir. Bu ilaçların kullanımındaki artış son yıllarda önemli bir küresel çevresel endişe haline gelmiştir. Bu nedenle, dünya çapında bu maddelerin yaygın kullanımı, su kaynaklarının kirlenmesini ve çevresel etkilerini yönetmek için dikkatli bir izleme gerektirmektedir. Antiviral ilaçlar, patojenlerin büyümesini engelleyerek viral enfeksiyonları tedavi etmek için kullanılan bir ilaç sınıfıdır. Bu antiviral ilaçlar, grip, insan immün yetmezlik virüsü (HIV), hepatit ve herpes gibi çeşitli viral enfeksiyon hastalıklarını tedavi etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Aralık 2019'da Çin'in Wuhan şehrinde, insanlarda solunum yolu hastalıkları ile bağlantılı yeni bir koronavirüs (COVID-19) keşfedilmiştir. Mart 2020'de, Dünya Sağlık Örgütü, ölümcül etkileri nedeniyle yeni koronavirüsü (COVID-19) ayrıca Şiddetli Akut Solunum Sendromu Koronavirüsü (SARS-CoV-2) olarak tanıyarak küresel bir pandemi olarak kabul etmiştir. Bu antiviral ilaçlar, kişisel bakım ürünlerinin ve ilaçların evde kullanımı, ayrıca ilaç endüstrisi ve hastane atıkları nedeniyle atık sularda yaygın olarak bulunmaktadır. Bu nedenle, klinik olarak test edilmiş antiviral ilaçların kullanımı, insan tüketimi için su kaynaklarının kalitesine önemli bir tehdit oluşturma potansiyeline sahiptir. Tamamen metabolize edilmemiş antiviral ilaçların bazı kısımları hastalar tarafından idrar veya dışkı yoluyla atılır ve çoğunlukla burdan kanalizasyon sistemine ulaşmaktadır. Antiviral ilaçların uygulanan dozunun %60'a kadarının hastalar tarafından atıldığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak, antiviral ilaçlar, yetersiz uzaklaştırma nedeniyle atık su arıtma tesislerinin çıkış suları ile alıcı su ortamına deşarj edilmektedir. Sürekli ilaç kullanımı, su kirliliğinde artış, sucul toksisite, patojen mikroplarda direnç gelişimi, genotoksisite ve ekosistemde endokrin bozulma gibi olumsuz sonuçlara neden olabilir. Ayrıca, bir antiviral ilaç ve tedavi edilecek virüs aynı su ortamında birlikte bulunduğunda, savunmasız organizmalar direnç kazanabilir. Bu, çevrede yeni antiviral dirençlerin ortaya çıkmasına neden olabilir. Bu nedenle, çevre üzerindeki olumsuz etkileri ortadan kaldırmak için bu ilaçların çevredeki akıveti ve gideriminin incelenmesi gereklidir. Ozonlama, fotoliz, elektrokimyasal ileri oksidasyon prosesleri, fotokataliz, adsorpsiyon, aktif çamur süreci ve membran biyoreaktör gibi çeşitli giderim teknolojileri, antiviral ilaçların su/atıksulardan uzaklaştırılması için kullanılmıştır. Bu farklı arıtma yöntemleri, atık suyun antiviral ilaç konsantrasyonuna ve işletme maliyetine bağlı olarak seçilebilmektedir. Virüslerde ham atık sularda, arıtılmış atık sularda ve alıcı su ortamlarında yaygın ve kalıcıdır. Özellikle hastalıklı insanların dışkısı, atık sularda virüslerin ana kaynağıdır xxx ve bağırsak virüsleri, yaklaşık 10^5 ile 10^12 virüs içererek enfekte insanlar tarafından kanalizasyon sistemlerine atılmaktadır. Arıtılmış atık suların aktığı su kütleleri sıklıkla rekreasyonel aktiviteler, tarım ve içme suyu üretimi için ham su kaynağı olarak kullanılmaktadır. Atık sulardaki patojenik virüsler, insan sağlığını tehlikeye atmaları nedeniyle bir endişe kaynağıdır. Viral salgınlar, kamu sağlığı ve güvenliği üzerinde olumsuz etkileri olan küresel bir sorundur. Özellikle yerel grip salgınları, araştırmacıları atık sularda ve sularda virüs tespiti üzerine odaklanmaya teşvik etmiştir. İkinci ve üçüncü bölümde, antiviral ilaçların fizikokimyasal özellikleri, analitik tespit yöntemleri, arıtım metotları ve ekotoksikolojik etkileri üzerine kapsamlı bir tartışma sağlamak amacıyla iki inceleme yapılmıştır. Ayrıca, çevreye salınan antiviral ilaçlar ve virüslerin birleşik değerlendirmesi de ele alınmıştır. Bu incelemeler, karşılaşılan zorlukları ele almakta ve bu çalışma alanındaki gelecekteki fırsatları keşfetmektedir. Özellikle, COVID-19 tedavisinde kullanılan antiviral ilaçların su ve atık sulardaki varlığına özel vurgu yapılmıştır. Dördüncü bölümde, İstanbul'daki iki atık su arıtma tesisinde favipiravirin uzun vadeli varlığı, giriş, çıkış atık suları ve çamur örneklerinde araştırılmıştır. Ayrıca, favipiravirin potansiyel çevresel riskleri iki model organizma kullanılarak değerlendirilmiştir. Çalışmada, favipiravirin kütle dengesi, giderim verimliliği ve mevsimsel değişimleri belirlenmiştir. Ayrıca, Istanbuldaki COVID-19 vakalarının sayısı ile giriş atık sularındaki favipiravir konsantrasyonları arasındaki korelasyon da analiz edilmiştir. Bunun yanı sıra, pandemi döneminde çeşitli atıksu arıtma tesislerinden gelen çamurlardaki ilaç konsantrasyonunun mikrobiyal topluluk üzerindeki etkisi, pandemi sonrası çamurlarla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, favipiravirin atıksu arıtma tesislerinde kısmen (<%50) giderildiğini ve giderim mekanizmasının çoğunlukla biyodegradasyona dayandığını göstermektedir. Ayrıca, favipiravirin konsantrasyonu ile İstanbul'daki COVID-19 vakalarının insidansı arasında anlamlı bir istatistiksel korelasyon gözlemlenmiş olup, p-değerleri WWTP-1 ve WWTP-2 için sırasıyla 0.025 ve 0.039 olarak bulunmuştur. Mikrobiyolojik dağılımın, COVID-19 pandemisi sırasında alınan çamur örnekleri ile pandemiden sonraki çamur örnekleri arasında önemli ölçüde değiştiği bulunmuştur. Beşinci bölümde, Haziran 2021 ile Ocak 2022 arasında İstanbul, Türkiye'deki iki farklı atık su arıtma tesisinde ham atık sularda, arıtılmış çıkış sularında ve çamur örneklerinde SARS-CoV-2 RNA'sının varlığı ve miktarı izlenmiştir. Elde edilen veriler, İstanbul'daki COVID-19 vaka sayıları ve ölümlerle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, SARS-CoV-2'nin mevsimsel değişimleri ve toplam azot, toplam fosfor, ve kimyasal oksijen ihtiyacı parametreleri ile ilişkisi PCA kullanılarak analiz edilmiştir. Sonuçlar, ikincil arıtmanın SARS-CoV-2 seviyelerini etkili bir şekilde azalttığını ve böylece atık sulardan kaynaklanan riskleri azaltığını göstermektedir. Bu çalışma, SARS-CoV-2 genlerinin konsantrasyonu ile İstanbul'daki COVID-19 vaka sayıları ve ölümler arasında orta düzeyde bir korelasyon olduğunu vurgulamaktadır. Ayrıca, iki atık su arıtma tesisinde hem N1 hem de N2 genleri için gen kopyalarının miktarı ile toplam fosfor ve kimyasal oksijen ihtiyacı seviyeleri arasında bir korelasyon gözlemlenmiştir. Altıncı bölümde, favipiravirin UV, UV/H₂O₂ ve UV/Co-doped ZnS proseslerinde giderim kinetikleri araştırılmıştır. Bu proseslerde, başlangıç favipiravir konsantrasyonunun, pH'ın ve su matrislerinin (distile su, musluk suyu ve atıksu arıtma tesis çıkış suyu) favipiravirin bozulma kinetikleri üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca, farklı başlangıç favipiravir konsantrasyonlarına sahip arıtılmış çözeltilerle algler kullanılarak favipiravirin ekotoksisite riskleri değerlendirilmiştir. 45 dakikalık süre sonunda favipiravirin bozulmasının UV, UV/H₂O₂, UV/Co-doped ZnS ve UV/H₂O₂/Co-doped ZnS proseslerinde sırasıyla %77.3, %100, %89.8 ve %100 olduğu gözlemlenmiştir. Yedinci bölümde, antiviral ilaçların başlangıç konsantrasyonlarının ve çamur tutma süresinin membran biyoreaktör sistemlerinde favipiravirin giderim verimliliğini nasıl etkilediği incelenmiştir. Ayrıca, favipiravirin biyotransformasyon kinetikleri araştırılarak biyokinetik katsayıları, başlangıç ilaç konsantrasyonu ve çamur tutma süresinin arasındaki ilişki anlaşılmaya çalışılmıştır. Ek olarak, favipiravir ile ilişkili potansiyel çevresel riskleri değerlendirmek için bir çevresel risk değerlendirmesi yapılmıştır. Sonuçlar favipiravirin, MBR sistemlerinde başlangıç konsantrasyonundan bağımsız olarak %99'dan fazla bir oranda giderildiğini göstermiştir. Favipiravirin giderim verimliliği, çamur tutma süresi 15 günden 45 güne arttığında %48,9'dan %86,4'e yükselmiştir.
Özet (Çeviri)
Pharmaceutical substances, such as antiviral drugs, antibiotics, antidepressants, anti-inflammatory drugs, antipyretics, beta-blockers and lipid regulators have become more common in both human and animal healthcare to enhance quality of life and prolong lifespan. This increase in pharmaceutical usage has become a significant global environmental concern in recent years. Therefore, the extensive use of these substances worldwide requires attentive monitoring to manage their contamination and environmental impact of water sources. In the second and third chapter, two reviews aimed to provide a comprehensive discussion of the physicochemical properties, analytical detection methods, removal techniques, and ecotoxicological impacts of antiviral drugs. Also, combined assessment of antiviral drugs and virus discharged in the environment were reviewed. These reviews address the challenges faced and explores future opportunities in this field of study. Special emphasis was placed on the occurrence of antiviral drugs employed in the treatment of COVID-19 in water and wastewater. In the fourth chapter, the long-term presence of favipiravir in influent, effluent wastewater, and sludge samples from two WWTPs in Istanbul were investigated. Additionally, the potential environmental risks of favipiravir were assessed using two model organisms. The study determined the mass balance, removal efficiency, and seasonal variations in favipiravir concentrations. The correlation between the number of confirmed COVID-19 cases and favipiravir concentrations in influent wastewater was also analyzed. Furthermore, the impact of drug concentration on the microbial community in sludge from various WWTPs during the pandemic was compared with post-pandemic sludge. The results demonstrate that favipiravir is partially removed (<50%) in WWTPs, with the majority of its removal mechanism being attributed to biodegradation. Additionally, a significant statistical correlation was observed between the concentration of favipiravir and the incidence of COVID-19 in Istanbul, with p-values of 0.025 and 0.039 for WWTP-1 and WWTP-2, respectively. The microbiological distribution was found to vary significantly between sludge samples taken during the COVID-19 pandemic and those from the post-pandemic period. The fifth chapter presents that the presence and quantification of SARS-CoV-2 RNA in raw wastewater, treated effluents, and secondary sludge samples were monitored between June 2021 and January 2022 at two different WWTPs in Istanbul, Turkey. The obtained data were compared with the number of COVID-19 cases and deaths in Istanbul. Additionally, the seasonal variations of SARS-CoV-2 and its relationship with TN, TP, and COD parameters were analyzed using PCA. The results indicated that secondary treatment effectively reduces SARS-CoV-2 levels, thereby mitigating the associated risks from wastewater. This study highlights a moderate correlation between the concentration of SARS-CoV-2 genes and the number of reported COVID-19 cases and deaths in Istanbul. Furthermore, a correlation was observed between the amounts of gene copies and the levels of TP and COD for both the N1 and N2 genes at the two wastewater treatment plants. In the sixth chapter, degradation kinetics of favipiravir under UV, UV/H₂O₂, and UV/Co-doped ZnS processes was investigated. The influence of initial favipiravir concentration, pH, and water matrices (distilled water, tap water, and WWTP effluent) on the degradation kinetics of favipiravir in these processes were assessed. The ecotoxicity risks of favipiravir using algae with treated solutions containing various initial FAV concentrations were evaluated. The degradation of favipiravir after 45 min was observed to be 77.3%, 100%, 89.8%, and 100% for the UV, UV/H₂O₂, UV/Co-doped ZnS, and UV/H₂O₂/Co-doped ZnS processes, respectively. In the seventh chapter was to examine how initial concentrations of antiviral drugs and sludge retention time (SRT) affect favipiravir removal efficiency in membrane bioreactor (MBR) systems. The biotransformation kinetics of favipiravir were also investigated to understand the relationship between biokinetic coefficients, initial drug concentration and SRT. Additionally, an environmental risk assessment was carried out to assess the potential risks associated with favipiravir. Favipiravir was eliminated >99% regardless of its initial concentration in MBR systems. The removal efficiency of favipiravir improved from 48.9% to 86.4% as the sludge retention time (SRT) increased from 15 days to 45 days.
Benzer Tezler
- Valence molecular connectivity model in the prediction of compartmental distribution of selected aromatic pollutants
Başlık çevirisi yok
G. FERYAL MENEMENLİ
- Süt tozu ve peynir suyu tozu karışımından yapılan ayranların özellikleri üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
BEHÇET KÜRŞAT BOZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1989
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiTarım Ürünleri Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIK GÖNÇ
- Fethiye-Üçköprü kromiti ile gangının anyona bağımlı mikroelektroforetik davranımları
Başlık çevirisi yok
M.SADIK UĞUR BİLİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1989
Maden Mühendisliği ve MadencilikHacettepe ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. TEVFİK UTİNE
- Seydişehir kırmızı çamurlarının salkımlaştırıcı ve pıhtılaştırıcı varlığındaki çökelme davranımı
Başlık çevirisi yok
ALİ EKBER KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1989
Maden Mühendisliği ve MadencilikHacettepe ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. TEVFİK UTİNE
