抗生素抗生素生物降解生物降解1医学参考A 抗生素是由微生物抗生素是由微生物产生的在低生的在低浓度下能抑度下能抑制或制或灭杀其他微生物的一其他微生物的一类化学物化学物质。目前被广。目前被广泛使用的抗生素，按照化学泛使用的抗生素，按照化学结构可分构可分为 内内酰胺胺类、 喹诺酮类、四、四环素素类、氨基糖苷、氨基糖苷类、大、大环内内酯类、 磺胺磺胺类等。等。抗生素概述抗生素概述2医学参考A抗生素的应用和危害 长期期以以来来，抗抗生生素素被被大大量量地地用用于于人人和和动物物的的疾疾病病治治疗，并并以以亚治治疗剂量量添添加加于于动物物饲料料中中，以以预防防动物物疾疾病病和和促促进其其生生长。但但绝大大部部分分抗抗生生素素不不能能完完全全被被机机体体吸吸收收，约有有90%的的抗抗生生素素以以原原形形或或者者代代谢物物形形式式经由由病病人人和和畜畜禽禽的的粪, ,尿尿排排入入环境境，经不不同同途途径径 对土土壤壤和和水水体体造造成成污染染。目目前前, ,抗抗生生素素污染染问题已已经被被许多多发达达国国家家( 如如欧欧盟盟和和美美国国) 列列为重重要要的的环境境问题，相相关的基关的基础研究正在迅速得到开展。研究正在迅速得到开展。 3医学参考A抗生素的来源及暴露途径 由于抗生素主要用于医疗和畜牧由于抗生素主要用于医疗和畜牧, ,所以环境所以环境中的抗生素主要来源医用药物和农用药物两个途中的抗生素主要来源医用药物和农用药物两个途 径。径。4医学参考A医用抗生素主要来源经由由病病人人粪便便和和尿尿液液排排出出的的处方方抗抗生生素素 ；医院医院丢弃的弃的过期抗生素期抗生素 ；残留在残留在药瓶和器械上的抗生素瓶和器械上的抗生素 ； 医医药企企业在生在生产过程流失的抗生素等。程流失的抗生素等。5医学参考A 医用抗生素医用抗生素污染染过程程 经排排泄泄物物排排出出的的抗抗生生素素、治治疗中中残残留留的的抗抗生生素素以以及及制制药企企业流流失失的的抗抗生生素素都都会会经过城城市市和和医医院院的的下下水水道道进入入到到城城市市污水水处理理厂厂, ,由由于于现有有的的污水水处理理技技术很很难将将抗抗生生素素彻底底清清除除, ,一一部部分分抗抗生生素素会会随随着着处理理后后的的废水水进入入土土壤壤和和水水中中, ,而而医医院院丢弃弃的的过期期抗抗生生素素会会进人人垃垃圾圾填填埋埋场, ,如如果果处理不当理不当, ,会渗入会渗入 土壤或地下水中。土壤或地下水中。6医学参考A农用药物来源途径动物物养养殖殖中中兽药长期期亚剂量量使使用用后后, ,经粪便便和和尿尿液排出的抗生素液排出的抗生素 ； 水水产养殖中养殖中兽药的直接施用；的直接施用； 兽药生生产过程程损失和失和废弃的弃的兽药。7医学参考A农用抗生素污染过程 动物物粪便便和和尿尿液液排排出出的的抗抗生生素素随随粪便便被被施施入入农田田, ,其其 中中一一部部分分直直接接渗渗入入地地下下水水中中, ,另另一一部部分分进入入土土壤壤, ,经雨雨水水淋淋洗洗进入入河河流流或或湖湖泊泊 ; ;水水产养养殖殖中中的的抗抗 生生素素施施用用后后一一部部分分直直接接进入入 水水体体, ,另另一一部部分分被被水水底底淤淤泥泥中中所所吸吸附附, ,存存在在于于养养殖殖场底底泥泥中中; ;兽药生生产 中中损失失的的抗抗生生素素会会随随着着废水水经由由下下水水道道进入入城城市市污水水处理理厂厂, ,而而废弃弃的的兽药可可能能被被 当当作作垃垃圾圾填填埋埋, ,如如果果处理理不不当当， 最最终会会进入土壤甚至地下水中。入土壤甚至地下水中。8医学参考A环境中抗生素残留的潜在风险 抗抗生生素素在在环境境中中的的浓度度普普遍遍较低低, ,一一般般在在 g/L 级, ,有有的的甚甚至至低低至至n g L级, ,但但仍仍然然可可能能对环境境存存在在风险。如如某某些些 P O P s 物物质, ,在在环境境中中的的浓度度和和抗抗生生素素相相当当,但但是是它它的的雌雌激激素素效效应却却造造成成人人类生生殖殖率率降降低低, ,不不孕孕症症增增加加等等。所所以以, ,对于于之之前前由由于于其其预期期环境境浓度度较低低而而一一直直认为安安全全可可靠靠的的物物质要要引引起起重重视, ,它它们有有可可能能对环境境构构成成潜潜在在的的威威胁。9医学参考A潜在风险的主要表现( 1 )诱导耐耐药性性细菌。菌。( 2 )对环境中微生物境中微生物产生影响。生影响。( 3 )对植物生植物生长发育育产生影响。生影响。( 4 )食品和食品和饮用水中抗生素用水中抗生素对人人类健康的威健康的威胁。10医学参考A诱导耐药性细菌 大大量量的的研研究究表表明明, ,抗抗生生素素的的使使用用能能诱导病病原原菌菌产生生耐耐药性性, ,特特别是是由由于于长期期大大剂量量的的在在饲料料中中添添加加抗抗生生素素, ,导致致产生生了了一一些些能能够抵抵抗抗强力力抗抗生生素素的的病病原原菌菌, ,这些些病病原原菌菌珠珠的的出出现, ,对人人和和动物物的的健健康康都都极极具具威威胁。另另外外，抗抗生生素素能能够导致致耐耐药基基因因的的产生生，而而耐耐药基基因因又又可可以以在在 同同的的细菌菌间传递， 一一旦旦这些些耐耐药基基因因转移移给致致病病菌菌，就就更更增增加加了了对人人类健健康康的的威威胁。11医学参考A对环境中微生物的影响 抗抗生生素素的的作作用用就就是是抑抑制制某某类病病菌菌的的生生长，在在水水体体及及土土壤壤中中不不具具耐耐药性性的的菌菌株株被被抗抗生生素素杀死死 ， 而而具具耐耐药性性的的优势菌菌得得以以大大量量繁繁殖殖，因因此此长期期低低浓度度抗抗生生素素的的存存在在对微微生生物物群群落落有有一一定定的的影影响响， 并并且且该影影响响可可通通过食食物物链对高高级生生物物发生生作作用用 ， 从而破坏了生从而破坏了生态系系统的平衡。的平衡。12医学参考A对植物生长发育的影响 抗抗生生素素随随动物物的的粪尿尿和和城城市市污水水施施人人农田田，对农田田植植物物的的生生长发育育产生生影影响响。如如0. .009 - -0. .012mgL四四环素素的的动物物粪便便对猩猩猩猩木木的的液液体体培培养养物物产生生毒毒害害；300- -900mgL的的磺磺胺胺地地索索辛辛能能明明显抑抑制制车前前草草、玉玉米米等等作作物物的的生生长, ,并并在在植植物物的的根根部部和和叶叶中中富富集集, ,根根部部的的浓度度较高高；土土霉霉素素和和氯四四环素素减减少少了了杂色色豆豆植植株株的的生生节、鲜重重，并并影影响响其其对钙 、 钾和和镁的的吸吸收收。而而抗抗生生素素 对植植物物生生长发育育的的影影响响与与其其化化学学性性质、使使用用剂量量、土土壤壤吸吸附附能能力力及及植植物物的的品品种种有关。有关。13医学参考A对人类健康的威胁 抗抗生生素素长期期作作为添添加加剂大大量量用用于于畜畜牧牧生生产， 导致致抗抗生生素素在在动物物食食品品肉肉、蛋蛋、奶奶中中残残留留, ,人人食食用用后后, ,抗抗生生素素就就会会沿沿食食物物链传递到到人人, ,一一方方面面会会引引起起人人群群的的过敏敏反反应, ,严重重 时会会造造成成食食物物 中中毒毒; ;另另一一方方面面, ,部部 分分药物物还具具有有致致癌癌、致致畸畸、致致突突变或或激激素素类作作用用, ,严重重干干扰人人类各各项生生理理功功能能, ,威威胁人人类健康。健康。 14医学参考A 抗抗生生素素一一旦旦进入入环境境就就会会扩散散到到壤壤、 水水和和空空气气中中，一一般般会会经过吸吸附附、水水解解、 光光解解和和微微生生物物降降解解一一系系列列生生物物转化化过程程 ， 这些些过程程直直接接影影响响抗抗生生素素对环境境的的生生态毒性。毒性。 抗生素在环境中的归趋抗生素在环境中的归趋15医学参考A吸附 吸吸附附反反映映了了抗抗生生素素与与水水体体有有机机质或或土土壤壤沉沉积物物的的相相互互作作用用，并并可可预测抗抗生生素素对环境境的的影影 响响程程度度。一一般般来来说，吸吸附附能能力力强的的抗抗生生素素，在在环境境中中较稳定定，容容易易积蓄蓄；部部分分抗抗生生素素不不与与固固相相物物质结合合 ， 吸吸附附能能力力较弱弱，在在淋淋洗洗作作用用下下很很容容易易被被淋淋洗洗到到附附近近的的河河流流中中，到到达达水水环境境，进而而对地地下下水水构构成成威威胁。抗抗生生素素的的吸吸附附能能力力因因其其化化学学结构构 、理理化化性性质、土土壤壤类型型和和环境境条条件件的的不不同而不同。同而不同。16医学参考A降解 抗抗生生素素在在环境境 中中可可能能发生生水水解解、光光降降解解和和微微生生物物降降解解等等一一系系列列降降解解反反应，但但视环境境条条件件的的不不同同，抗抗生生素素会会发生生一一种种或或多多种种降降解解反反应。一一般般来来说 ， 降降解解过程程会会降降低低抗抗生生素素 的的药效效，但但有有些些抗抗生生素素的的降降解解产物物可可能能比比抗抗生生素素本本身身的的毒毒性性还强。17医学参考A 水水解解是是水水体体中中抗抗 生生素素降降解解的的一一种种重重要要方方式式，六六大大类主主要要抗抗生生素素中中内内酰胺胺类、大大环内内酯类和和磺磺胺胺类抗抗生生素素易易水水解解，但但是是大大环内内酯类和和磺磺胺胺类抗抗生素在中性生素在中性pH值条件下水解很慢。条件下水解很慢。 光光降降解解是是在在能能接接受受到到光光照照的的水水体体表表层中中的的抗抗生生素素降降解解的的另另一一种种重重要要途途径径， 喹诺酮类和和四四环素素类抗生素比抗生素比较容易容易发生光降解。生光降解。 生生物物降降解解是是在在有有生生物物的的作作用用下下发生生的的降降解解反反应，它也是抗生素降解的主要方式。它也是抗生素降解的主要方式。18医学参考A抗生素的生物降解 生物降解是抗生素在环境中降解的最重要的生物降解是抗生素在环境中降解的最重要的途径。被生物降解的抗生素，可能转化为生物体途径。被生物降解的抗生素，可能转化为生物体的组成部分或是最终转化为没有生物毒性的无机的组成部分或是最终转化为没有生物毒性的无机或有机小分子。生物降解主要有植物降解和微生或有机小分子。生物降解主要有植物降解和微生物降解两种方式物降解两种方式 。19医学参考A植物降解机制 植植物物具具有有庞大大的的叶叶冠冠和和根根系系, ,在在水水体体或或土土壤壤中中与与环境境之之间进行行着着复复杂的的物物质交交换和和能能量量交交换, ,在在维持持生生态环境境的的平平衡衡中中起起着着重重要要作作用用。植植物物修修复复受受污染染 的水土的水土环境主要有境主要有3种机制：种机制：植物直接吸收有机植物直接吸收有机污染物后染物后转移或分解；移或分解； 植植物物释放放分分泌泌物物和和特特定定酶降降解解土土壤壤环境境中中的的有有机机污染物；染物； 植植物物促促进根根际微微生生物物对土土壤壤环境境中中有有机机污染染物物的的吸吸收或利用收或利用转化。化。20医学参考A植物降解 被被植植物物直直接接吸吸收收的的污染染物物主主要要有有: :氮氮、磷磷等等植植物物营养养物物质；对水水生生生生物物有有毒毒害害作作用用的的某某些些重重金金属属和和有有机机物物等等。第第一一类是是被被吸吸收收后后用用以以合合成成植植物物 自自身身 的的结构构组成成物物质，第第二二类则是是脱脱毒毒后后储存存于于体体内内或或在在植植物物体体内内被被降降解解。氟氟喹诺酮类、磺磺胺胺类和和氯四四环素等可直接被植物吸收。素等可直接被植物吸收。21医学参考A 微微生生物物降降解解是是现阶段段处理理抗抗生生素素污染染的的最最理理想想的的方方法法。光光合合菌菌、乳乳酸酸菌菌、放放线菌菌、 酵酵母母菌菌、发酵酵丝状状菌菌、芽芽孢杆杆菌菌、枯枯草草杆杆菌菌、 硝硝化化细菌菌 、酵酵母母等等都都具具有有抗抗生生素的降解功能。素的降解功能。微生物降解微生物降解22医学参考A抗生素生产废水好氧处理工艺抗生素生产废水好氧处理工艺23医学参考A厌氧处理 厌氧氧处理理高高浓度度的的有有机机废水水是是较可可行行的的方方，与与好好氧氧处理理相相比比，厌氧氧法法在在处理理高高浓度度有机有机废水方面通常有以下水方面通常有以下优点：点：有机有机负荷高；荷高；污泥泥产率低，率低，产生的生物生的生物污泥易于脱水；泥易于脱水；营养物需要量少；养物需要量少；不需要曝气，能耗低；不需要曝气，能耗低；可以可以产生沼气、回收能源：生沼气、回收能源：对水温的适宜范水温的适宜范围较广；广；活性活性厌氧氧污保存保存时间长。24医学参考A抗生素生产废水厌氧处理工艺抗生素生产废水厌氧处理工艺25医学参考A厌氧好氧生物处理组合工艺 在在实际废水水处理理中中，由由于于单独独好好氧氧处理理或或单独独厌氧氧处理理都都存存在在自自身身难以以克克服服的的缺缺点点而而难以以满足足出出水水达达标排排放放的的要要求求。因因而而从从80年年代代开开始始，厌氧氧好好氧氧生生物物处理理组合合工工艺逐逐渐成成为主主导工工艺。采采用用厌氧氧好好氧氧工工艺不不仅克克服服了了好好氧氧工工艺的的高高能能耗耗、高高运运转费用用及及稀稀释水水量量大大等等特特点点，也也克克服服了了厌氧氧处理理出出水水不不能能达达标排排放放的的缺缺点点，在在经济和和技技术上上都是可行的。都是可行的。26医学参考A抗生素生产废水厌氧好氧生物抗生素生产废水厌氧好氧生物组合处理工艺组合处理工艺27医学参考A微生物降解机理 抗抗生生素素的的微微生生物物降降解解是是指指在在微微生生物物作作用用下下，使使抗抗生生素素残残留留物物的的结构构发生生 改改变，从从而而引引起起其其化化学学和和物物理理性性质发生生改改变，即即通通过将将抗抗生生素素残残留留物物从从大大分分子子化化合合物物降降解解为小小分分子子化化合合物物，最最后后成成为 H2O和和CO2。实现对环境境污染染的的无无害害化化处理理的的过程程，其其中中耐耐药细菌菌起起最最重重要要的的作作用。用。28医学参考A耐药菌的作用机制 耐耐药菌菌直直接接破破坏坏和和修修饰抗抗生生素素而而使使其其失失活活，包包括括水水解解、基基团转移移和和氧氧化化还原原3种种机机制制.许多多抗抗生生素素含含 有有易易水水解解的的敏敏感感化化学学键 ( 如如酯键和和酰胺胺键) ， 耐耐药菌菌含含有有消消除除这些些脆脆弱弱化化学学键的的酶而而摧摧毁这些些抗抗生生素素的的 活活性性。这其其中中主主要要的的一一类酶是是可可以以消消除除青青霉霉素素和和头 孢菌菌素素类药物物内内酰胺胺环的的酰胺胺酶。另另外外，还有有与与大大环内内酯类药物物耐耐药性性有有关关的的酯酶及及磷磷霉霉素素耐耐药性性有有关关的的开开环环氧化氧化酶 。29医学参考A耐药菌的基因转移作用基基团转移有多种途径移有多种途径 ， 包括包括 ：乙乙酰基基转移移修修饰 。通通过对羟基基或或酰胺胺基基等等活活泼基基 团的的共共价价修修饰导致致化化合合物物失失去去靶靶点点结合合能能力力从从而而失失 活活。乙乙酰转移移是是细菌菌使使抗抗生生素素失失活活的的常常用用机机制制 ， 见于于氨氨基基糖糖苷苷类抗抗生素。生素。磷磷酸酸化化 。氨氨基基糖糖苷苷类， 大大环内内酯类的的红霉霉素素和和肽类抗抗生生素素硫硫酸酸酯霉霉可可通通过这 种种机机制制降降30医学参考A基因转移作用糖基化糖基化 。见于大于大环类酯类 。核苷核苷 酸化。酸化。见于林可霉素和克林霉素。于林可霉素和克林霉素。核糖基化。核糖基化。见 于含氨基酸残基的抗生素。于含氨基酸残基的抗生素。巯基基转移移， 如如磷磷霉霉素素。 氧氧化化还原原机机制制不不多多见 ， 四四环素可被耐素可被耐药性性 酶 Te t X 氧化氧化 。31医学参考A影响微生物降解的因素( 1 ) p H、 水分和温度水分和温度 。( 2 ) 氧气氧气 。( 3 ) 环境介境介质。( 4 ) 环境中其他抗生素的存在。境中其他抗生素的存在。32医学参考APH、水分和温度 环境境的的酸酸碱碱度度和和温温度度影影 响响微微生生物物对营养养物物质的的吸吸收收和和生生长代代谢 ， 进而而改改变微微生生物物的的生生长状状况况。对大大多多数数细菌菌而而言言， p H 为 6 5 8 5 ， 温温度度为 254 5时有有较高高的的生生物物活活性性。微微生生物物进行行代代谢活活动时需需要要有有足足够的的水水分分。微微生生物物的的呼呼吸吸方方式式不不同同对水水分分的的需需求求也也不不一一样。在在海海洋洋、 淡淡水水和和含含水水层中中， 微微生生物物不不会会因因缺缺水水而而受受到到限限制制 ， 但但在在土土壤壤中中的水分有的水分有时会成会成为限制因素。限制因素。33医学参考A氧气 微微生生物物具具有有好好氧氧、 厌氧氧 、 兼兼性性好好氧氧多多 种种代代谢途途径径， 微微生生物物可可以以在在好好氧氧或或厌氧氧的的条条件件下下都都 可可以以发挥作作用用。环境境中中需需 氧氧菌菌生生长速速度度快快 ， 降降解解作作 用用明明显 。人人们在在处理理抗抗生生素素废水水时 ， 常常采采用用活活性性污 泥泥法法 、 固固定定床床生生物物膜膜法法、 生生物物流流化化床床法法和和生生物物转盘法法 等好氧降解法等好氧降解法 。34医学参考A环境介质 环境境中中抗抗生生素素常常被被其其他他介介质如如土土壤壤包包被被， 这些些介介质影影响响着着抗抗生生素素与与微微生生物物的的接接触触 和和微微生生物物的的生生长状状态。 固固定定化化颗粒粒半半径径愈愈小小 ， 降降解解速速度度愈愈快快 。在在固固定定化化颗粒粒内内， 氧氧浓度度随随着着颗粒粒半半径径的的减减少少而而迅迅速速下下降降 ；当当颗粒粒半半径径为 3 mm时 ， 粒粒子子中中心心的的0 mm0. .8 mm范范围内内的的微微生生物物处于于缺缺氧氧状状态甚甚至至厌氧氧状状态。35医学参考A环境中其他抗生素的存在 在在同同一一区区域域往往往往不不只只受受一一种种抗抗生生素素的的污染染 。如如养养殖殖场 、 医医院院附附近近环境境中中， 常常同同时存存在在多多种种抗抗生生素素。这些些抗抗生生素素能能够抑抑制制或或杀死死具具有有降降解解作作用用的的微微生生物物 ,从从而而抑抑制其它抗生素的降解。制其它抗生素的降解。 36医学参考A抗生素的环境污染及其生态毒理效应已成为我国乃至全球所面临的重大环境问题之一。我国是一个农业化大国，畜禽养殖业由分散式快速向集约化迈进，因此而导致畜禽粪便的年产量不断增长，抗生素对环境的污染可能比世界其他各国更为严重，但在我国这些问题还没有引起足够重视。人们对抗生素的降解作用研究，基本上还只停留在实验室水平，且研究方式比较单一，不能综合考虑各种环境因素。随着人们对自身问题的越来越关注，通过探讨抗生素在环境中的降解作用来寻求降低环境中抗生素污染的方法，必将成为未来的一个重要研究方向。37医学参考A关注环境抗生素污染加快研究抗生素降解技术构建美好的明天！38医学参考A