微生物成抗生素污染“清潔工”
發(fā)布人：農(nóng)富康??????2016-4-7 9:12:08??????點(diǎn)擊：
抗生素是一類由真菌、放線菌、細(xì)菌在其代謝過(guò)程中產(chǎn)生的具有殺滅或抑制他種生物（主要是微生物）功能的化學(xué)物質(zhì)，數(shù)十年來(lái)已被大量應(yīng)用。然而，抗生素進(jìn)入環(huán)境卻會(huì)對(duì)生物造成深遠(yuǎn)的影響，如何去除抗生素的殘留引起許多國(guó)家的關(guān)注。
由于抗生素在環(huán)境中主要發(fā)生生物降解，具有抗性的微生物菌株則發(fā)揮主要功效，因此，利用微生物技術(shù)處理抗生素殘留污染就成為研究熱點(diǎn)。
抗生素污染不容小覷
抗生素主要包括β-內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類、鏈霉素和氯霉素五大類，能在不同程度上起到抑菌、抗菌和殺菌作用。以用途來(lái)分，還可分為人用和獸用兩種。
20世紀(jì)40年代以來(lái)，抗生素在作為藥物治療動(dòng)物疾病的同時(shí)，也被用于飼料的添加劑以促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)。
其中，四環(huán)素類抗生物是獸藥抗生素中最主要的一類，因其廣譜性、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)成為我國(guó)畜牧飼養(yǎng)業(yè)中使用量最大的一類抗生素。
然而，有研究表明，四環(huán)素類抗生素進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)后并不能夠被完全吸收，約75%以原型或母體化合物的形式排出體外。
由于此類抗生素結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生物降解困難且水溶性較好，很容易在環(huán)境中存儲(chǔ)和積累。這些抗生素進(jìn)入環(huán)境中會(huì)對(duì)微生物及植物種群產(chǎn)生嚴(yán)重影響，進(jìn)而對(duì)人類的健康、生存造成危害，因此被視為重要的污染物。
而其他農(nóng)用、獸用抗生素在應(yīng)用后也均存在殘留和環(huán)境污染問(wèn)題。
微生物降解成熱點(diǎn)
目前，對(duì)抗生素污染的處理方法主要分為非生物降解和生物降解兩種。
非生物降解方法多為物理或化學(xué)手段，包括光解、水解和氧化降解等，其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)迅速、去除率高。但近些年國(guó)內(nèi)外均有研究表明，應(yīng)用于抗生素降解中的化學(xué)材料對(duì)環(huán)境也存在一定程度的毒副作用。
不過(guò)，以往傳統(tǒng)的單一處理方法已很難解決日益復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題，越來(lái)越多的生物組合處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。探尋新型抗生素降解方法，利用生物吸收或降解抗生素成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
生物降解的主要方式為微生物降解、植物降解以及植物—微生物復(fù)合降解?？股剡M(jìn)入環(huán)境中最主要的降解途徑就是微生物降解，能夠發(fā)生降解的主要原因是抗藥細(xì)菌或真菌的作用。
微生物降解按照參與反應(yīng)的微生物種類可以分為單一菌株降解和復(fù)合菌系降解。
已有報(bào)道顯示，光合菌、乳酸菌、放線菌、酵母菌、發(fā)酵絲狀菌、芽胞桿菌和硝化細(xì)菌等單一菌株都具有降解抗生素的功能。另外，也可以利用復(fù)合菌系處理抗生素污染，例如通過(guò)堆肥技術(shù)處理含有抗生素的有機(jī)固體廢棄物，使有機(jī)固體廢棄物轉(zhuǎn)換成有用的物質(zhì)和能源。
若按照生物處理技術(shù)手段，微生物降解則主要分為好氧生物處理法、厭氧生物處理法、厭氧—好氧生物組合法以及固定化微生物處理法等。
常用的好氧技術(shù)主要包括活性污泥法、生物膜法、生物接觸氧化法、深井曝氣法等；厭氧生物法是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌，將污水中大分子有機(jī)物降解為低分子化合物，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳；厭氧—好氧生物組合主要包括序批式活性污泥法反應(yīng)器法、水解酸化—膜生物反應(yīng)器法等。
另外，固定化微生物處理法是通過(guò)化學(xué)或者物理手段將功能微生物固定在載體上或定位局限于特定的空間區(qū)域內(nèi)，并保持其生物活性，這也是近年來(lái)興起的一種處理抗生素廢水的方法。
問(wèn)題待解
抗生素造成的環(huán)境污染已引起多國(guó)研究者的關(guān)注，其污染治理的方法也已展開(kāi)研究，但仍然存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步深入研究和探討。
首先是急需篩選更多的高效降解抗生素的微生物菌株。以四環(huán)素類抗生素為例，作為抗生素污染的主要來(lái)源之一，已報(bào)道的能夠?qū)ζ浣到獾奈⑸锞晔稚僖?jiàn)，為此，目前急需篩選更多的高效降解菌株。
不僅如此，由于單一的微生物處理技術(shù)有時(shí)很難滿足復(fù)雜的環(huán)境需求，還應(yīng)尋求更加高效、安全的復(fù)合方法來(lái)修復(fù)抗生素的污染。
另外，在已有的微生物降解抗生素的報(bào)道中，關(guān)于微生物菌株或是菌系的降解機(jī)制研究較少。常見(jiàn)降解機(jī)制為菌株或菌系可利用抗生素作為碳源進(jìn)行降解利用，但從分子水平對(duì)降解機(jī)制進(jìn)行分析較少，如抗性基因的分布、是否有胞外酶的作用等，這些都有待進(jìn)一步研究，以更好地將其應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域。
最后還需要加強(qiáng)研究抗生素降解產(chǎn)物及環(huán)境效應(yīng)。由于一些抗生素進(jìn)入環(huán)境后的降解中間產(chǎn)物毒性往往遠(yuǎn)大于抗生素本身，抗生素作為難生物降解物質(zhì)，一些條件下只依靠微生物很難將其完全礦化，有可能只是發(fā)生部分降解。
從目前的研究來(lái)看，研究者們往往只把目光集中在抗生素降解率上，而對(duì)于抗生素經(jīng)相關(guān)微生物降解后的產(chǎn)物是什么、毒性如何都缺少相關(guān)研究。因此，還應(yīng)對(duì)降解產(chǎn)物進(jìn)行毒理分析，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
?。ㄗ髡呦蹈＝◣煼洞髮W(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授）
由于抗生素在環(huán)境中主要發(fā)生生物降解，具有抗性的微生物菌株則發(fā)揮主要功效，因此，利用微生物技術(shù)處理抗生素殘留污染就成為研究熱點(diǎn)。
抗生素污染不容小覷
抗生素主要包括β-內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類、鏈霉素和氯霉素五大類，能在不同程度上起到抑菌、抗菌和殺菌作用。以用途來(lái)分，還可分為人用和獸用兩種。
20世紀(jì)40年代以來(lái)，抗生素在作為藥物治療動(dòng)物疾病的同時(shí)，也被用于飼料的添加劑以促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)。
其中，四環(huán)素類抗生物是獸藥抗生素中最主要的一類，因其廣譜性、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)成為我國(guó)畜牧飼養(yǎng)業(yè)中使用量最大的一類抗生素。
然而，有研究表明，四環(huán)素類抗生素進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)后并不能夠被完全吸收，約75%以原型或母體化合物的形式排出體外。
由于此類抗生素結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生物降解困難且水溶性較好，很容易在環(huán)境中存儲(chǔ)和積累。這些抗生素進(jìn)入環(huán)境中會(huì)對(duì)微生物及植物種群產(chǎn)生嚴(yán)重影響，進(jìn)而對(duì)人類的健康、生存造成危害，因此被視為重要的污染物。
而其他農(nóng)用、獸用抗生素在應(yīng)用后也均存在殘留和環(huán)境污染問(wèn)題。
微生物降解成熱點(diǎn)
目前，對(duì)抗生素污染的處理方法主要分為非生物降解和生物降解兩種。
非生物降解方法多為物理或化學(xué)手段，包括光解、水解和氧化降解等，其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)迅速、去除率高。但近些年國(guó)內(nèi)外均有研究表明，應(yīng)用于抗生素降解中的化學(xué)材料對(duì)環(huán)境也存在一定程度的毒副作用。
不過(guò)，以往傳統(tǒng)的單一處理方法已很難解決日益復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題，越來(lái)越多的生物組合處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。探尋新型抗生素降解方法，利用生物吸收或降解抗生素成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
生物降解的主要方式為微生物降解、植物降解以及植物—微生物復(fù)合降解?？股剡M(jìn)入環(huán)境中最主要的降解途徑就是微生物降解，能夠發(fā)生降解的主要原因是抗藥細(xì)菌或真菌的作用。
微生物降解按照參與反應(yīng)的微生物種類可以分為單一菌株降解和復(fù)合菌系降解。
已有報(bào)道顯示，光合菌、乳酸菌、放線菌、酵母菌、發(fā)酵絲狀菌、芽胞桿菌和硝化細(xì)菌等單一菌株都具有降解抗生素的功能。另外，也可以利用復(fù)合菌系處理抗生素污染，例如通過(guò)堆肥技術(shù)處理含有抗生素的有機(jī)固體廢棄物，使有機(jī)固體廢棄物轉(zhuǎn)換成有用的物質(zhì)和能源。
若按照生物處理技術(shù)手段，微生物降解則主要分為好氧生物處理法、厭氧生物處理法、厭氧—好氧生物組合法以及固定化微生物處理法等。
常用的好氧技術(shù)主要包括活性污泥法、生物膜法、生物接觸氧化法、深井曝氣法等；厭氧生物法是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌，將污水中大分子有機(jī)物降解為低分子化合物，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳；厭氧—好氧生物組合主要包括序批式活性污泥法反應(yīng)器法、水解酸化—膜生物反應(yīng)器法等。
另外，固定化微生物處理法是通過(guò)化學(xué)或者物理手段將功能微生物固定在載體上或定位局限于特定的空間區(qū)域內(nèi)，并保持其生物活性，這也是近年來(lái)興起的一種處理抗生素廢水的方法。
問(wèn)題待解
抗生素造成的環(huán)境污染已引起多國(guó)研究者的關(guān)注，其污染治理的方法也已展開(kāi)研究，但仍然存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步深入研究和探討。
首先是急需篩選更多的高效降解抗生素的微生物菌株。以四環(huán)素類抗生素為例，作為抗生素污染的主要來(lái)源之一，已報(bào)道的能夠?qū)ζ浣到獾奈⑸锞晔稚僖?jiàn)，為此，目前急需篩選更多的高效降解菌株。
不僅如此，由于單一的微生物處理技術(shù)有時(shí)很難滿足復(fù)雜的環(huán)境需求，還應(yīng)尋求更加高效、安全的復(fù)合方法來(lái)修復(fù)抗生素的污染。
另外，在已有的微生物降解抗生素的報(bào)道中，關(guān)于微生物菌株或是菌系的降解機(jī)制研究較少。常見(jiàn)降解機(jī)制為菌株或菌系可利用抗生素作為碳源進(jìn)行降解利用，但從分子水平對(duì)降解機(jī)制進(jìn)行分析較少，如抗性基因的分布、是否有胞外酶的作用等，這些都有待進(jìn)一步研究，以更好地將其應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域。
最后還需要加強(qiáng)研究抗生素降解產(chǎn)物及環(huán)境效應(yīng)。由于一些抗生素進(jìn)入環(huán)境后的降解中間產(chǎn)物毒性往往遠(yuǎn)大于抗生素本身，抗生素作為難生物降解物質(zhì)，一些條件下只依靠微生物很難將其完全礦化，有可能只是發(fā)生部分降解。
從目前的研究來(lái)看，研究者們往往只把目光集中在抗生素降解率上，而對(duì)于抗生素經(jīng)相關(guān)微生物降解后的產(chǎn)物是什么、毒性如何都缺少相關(guān)研究。因此，還應(yīng)對(duì)降解產(chǎn)物進(jìn)行毒理分析，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
?。ㄗ髡呦蹈＝◣煼洞髮W(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授）
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