微生物法處理四環(huán)素類抗生素的研究進(jìn)展

夏萌萌

（河南大學(xué)邁阿密學(xué)院，河南 開封 475004）

四環(huán)素類抗生素是由放線菌產(chǎn)生的一類廣譜抗生素，因價格低廉，是最常用的抗生素之一。這類抗生素難以被動物腸道所吸收，大多以母體化合物直接排出，且對環(huán)境生物有生理毒性［1］。

1 四環(huán)素類抗生素的作用機制及危害

1.1 四環(huán)素類抗生素的作用機制

四環(huán)素類藥物能夠特異性地與細(xì)菌核糖體結(jié)合，形成可逆結(jié)合體，阻止氨基酸-tRNA在該點上的聯(lián)結(jié)，從而抑制細(xì)菌所需氨基酸的合成。同時，此類藥物還可增加細(xì)菌胞漿膜通透性，使細(xì)菌胞內(nèi)核苷酸等重要物質(zhì)流失。

1.2 四環(huán)素類抗生素造成的危害

四環(huán)素類抗生素的高親水性和低揮發(fā)性導(dǎo)致了它們在環(huán)境中的顯著持久性，土壤中的某些微生物會因為抗生素的存在導(dǎo)致生命活動減弱，無法分解有機質(zhì)，土壤肥力受到影響。抗生素進(jìn)入水體，對水環(huán)境中的微生物產(chǎn)生潛在危害，主要表現(xiàn)為耐藥細(xì)菌的產(chǎn)生，且耐藥基因可水平轉(zhuǎn)移到一些致病菌，增加了人體患病的風(fēng)險［2］。

2 四環(huán)素類抗生素的微生物降解途徑

微生物降解抗生素指在微生物作用下，抗生素由大分子變?yōu)樾》肿樱罱K轉(zhuǎn)化為CO2和水。由于微生物降解過程復(fù)雜且不易充分了解，目前國內(nèi)外對四環(huán)素類的微生物降解機制方面的研究甚少。冷一非通過分析四環(huán)素降解菌DT1的代謝產(chǎn)物，推測出了四環(huán)素的三條降解途徑，其中主要生物降解途徑為四環(huán)素在DT1的存在下經(jīng)過脫甲基作用、脫氫作用、脫羧基作用和脫氮基作用，從而達(dá)到降解作用［3］。

抗生素降解菌的篩選是微生物法的重要部分，且真菌和細(xì)菌都可以參與四環(huán)素類的降解。近年來，四環(huán)素類的體外酶降解研究也日益增多。這些酶類可以通過直接或間接方式破壞抗生素的結(jié)構(gòu)進(jìn)而降解抗生素；例如白腐真菌產(chǎn)生的天然木質(zhì)素過氧化物酶和錳過氧化物酶在體外對四環(huán)素和土霉素有著很強的降解能力。

3 微生物法處理四環(huán)素類抗生素的常用方法

解決四環(huán)素類抗生素的污染問題，除了從源頭上減少抗生素濫用外，去除環(huán)境中殘留的四環(huán)素類藥物也是一項大工程，下文簡單介紹了三種常用的微生物處理法。

3.1 活性污泥法

活性污泥法（ASP）及其衍生改良工藝是處理工業(yè)和生活污水最廣泛使用的方法，該方法發(fā)展時間早，工藝較為成熟，常用來處理含抗生素的廢水。

吸附是去除四環(huán)素類抗生素的主要機理，宋現(xiàn)財經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)四環(huán)素類抗生素和活性污泥的初始濃度均對吸附速率有重要影響［4］。另外，處理方法的選擇與工作參數(shù)的改變都會影響活性污泥法的工作效率以及抗生素的去除率。鄭宇等發(fā)現(xiàn)在AO工藝中不同HRT和SRT條件下四環(huán)素的總?cè)コ识紩l(fā)生改變，HRT較小時，TC在池中的停留時間短，總?cè)コ什桓?，SRT延長導(dǎo)致AO各池的活性污泥濃度升高，使得TC的吸附量上升［5］。

3.2 膜生物反應(yīng)器法

膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。這種方法采用膜組件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥處理工藝中的二沉池，克服了傳統(tǒng)活性污泥法中易發(fā)生污泥膨脹等問題，是發(fā)展前景較好的一種污水處理工藝。

MBR工藝對抗生素的去除保持著穩(wěn)定高效，宋小燕等建立一體式膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)實驗原水中的抗生素以四環(huán)素類物質(zhì)為主，當(dāng)HRT為5.9 d時，四環(huán)素類抗生素去除率為86.8%，縮短HRT至4.6 d時，四環(huán)素類抗生素去除率仍保持在80%以上［6］。閭幸考察了MBR水處理工藝對沼澤廢水中獸用抗生素的去除效果，結(jié)果表明MBR工藝對四環(huán)素類的去除率為40.5%～94.0%，且去除效果為土霉素OTC＞四環(huán)素TC＞金霉素CTC［7］。

3.3 堆肥法

前文介紹的活性污泥法與膜生物反應(yīng)器法針對的是含抗生素的污水，但不適用于處理有抗生素殘留的固體廢物，因此堆肥法顯示出了自身的優(yōu)勢。堆肥法利用多種微生物的作用，將復(fù)雜的有機態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶性養(yǎng)分和腐殖質(zhì)，同時還可以減少肥料中的異味和病原體，降低糞便和尿液中抗生素的濃度。

Kim等發(fā)現(xiàn)在堆肥實驗后，四環(huán)素的減少率為99%［8］；Rushan Chai等對被四環(huán)素污染的糞便進(jìn)行了綜合利用，在溫室進(jìn)行堆肥試驗，含量為150mg／L的金霉素，可在14d內(nèi)被完全清除［9］。在堆肥過程中影響抗生素去除率的因素有很多，溫度對抗生素去除率的影響顯著，Osman等將含有CTC的混合物分別在55℃和25℃下溫育，前者CTC的去除率高達(dá)99%，后者只有49%［10］。此外，抗生素本身的理化性質(zhì)也影響降解率，Rushan Chai等發(fā)現(xiàn)在相同條件下，四環(huán)素類降解率為CTC＞TC＞OTC［11］。

4 結(jié)論及展望

1）我國四環(huán)素類抗生素的使用量巨大，其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過程十分復(fù)雜，對生態(tài)環(huán)境的危害愈演愈烈，而我國還沒有針對四環(huán)素類藥物的使用標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)部門應(yīng)盡快制定相關(guān)法律法規(guī)，防止抗生素污染繼續(xù)擴大。

2）單一的微生物處理技術(shù)往往有弊端，無法滿足復(fù)雜的環(huán)境需求，應(yīng)致力于開發(fā)新的微生物修復(fù)技術(shù)或復(fù)合修復(fù)技術(shù)，爭取更加高效安全地處理四環(huán)素類抗生素。

3）特異性降解菌的篩選是利用微生物法降解四環(huán)素類抗生素的重要組成部分，研究者仍需從環(huán)境中分離出高效的抗生素降解菌，并對其最佳降解條件進(jìn)行研究。