四环素类抗生素研究现状及进展

四环素类抗生素研究现状及进展作者：刘琼班级：13生科试点学号：2013221107110038摘要：四环素类抗生素被广泛用于动物疾病的治疗，并长期以亚治疗剂量添加于动物饲料中用于动物疾病的预防和促进动物生长。由于四环素类抗生素大量使用使其在环境中普遍存在，并导致了细菌耐药性。研究表明某些四环素类抗生素在环境中具有一定的持久性，因此其在环境中行为引起了众多学者的关注。论文回顾了四环素类抗生素在环境中残留、迁移转化等方面的研究进展，重点阐述近年来有关四环素类抗生素环境行为方面的研究新成果。关键词：四环素类抗生素；环境行为TetracyclineantibioticsresearchstatusandprogressName:LiuQiongnumber:2013221107110038Abstract：Studieshaveshownthattheamountofheatshockprotein′ssynthesisincreasesinanimaltoavoidtheirreversibledamagethatcausedbyheatstresstotheanimal.Theheatshockproteinisageneralclassofcelluarchaperoneproteinthatcanbeproducedbyalllivingcellsafterstimulatedbythestressor,whichcanparticipateintheproteinfolding,assembly,andtransportandotheracitivitiesincells′lifeprocesses,andalsoplaysanimportantroleintheregulationofcellgrowth,survivalanddifferentiation.Therefore,themechanism,resultsandprotectionofheatshockproteinintheheatstressisdescribedfromtheparticipationintheheatstress.Astheresultsofprevioudstudiesissummarized,scientificanddetailedoutlooktotheresearchprogressoftheheatshockproteinmaybeappearedinsomeimpartantofbiomedicalarea.Keywords：tetracylines;environmentalbehavior近年来，由于抗生素在医疗和畜禽养殖业的大量使用所导致的环境污染问题日趋严重，已成为国内外研究的热点之一.进入环境中的抗生素除了会造成化学污染外，还可能会诱导环境中抗性微生物和抗性基因的产生，并加速抗生素抗性的传播和扩散.这些抗性微生物可能会通过直接或者间接接触（如食物链）等途径进入人体，增加人体的耐药性，从而给人类公共健康带来威胁.目前致病菌耐药性的增加和扩散已经成为全球疾病治疗所面临的一个巨大问题.据报告，美国每年有超过两百万人受到抗性病原体感染，14000人最终死亡（Prudenetal.,2006）.而越来越多的证据显示，致病菌耐药性的扩散与环境抗性微生物和抗性基因紧密相关（Zhangetal.,2009c），因此尽快开展环境中微生物抗性的研究工作是十分必要的.这些抗性基因广泛分布在各个环境介质中，如土壤、表层水环境、沉积物、畜禽养殖场的污水池、畜禽粪便、污水处理厂、地下水及饮用水中，并可通过基因横向转移（HGT）等机制在各环境介质中的微生物之间传播，而环境中拥有HGT这种内在机制的微生物成为一个巨大的抗性基因储存库.更重要的是，这些媒介生物体一旦获得抗性基因，很可能以超过亲代菌株的效率来扩散这种抗生素抗性.随着集约化养殖的发展,大量动物聚集在狭小的空间使得传染性疾病在动物群体中快速传播成为可能,为了防止疾病的大规模暴发,保证养殖企业的利润,药用与饲用抗生素被大量应用于养殖生产实践。美国农业部的一项调查表明,约93%的猪在生长过程中从日常进食中摄入了抗生素。。四环素类抗生素由于其低廉的价格使得四环素类抗生素在世界各国特别是发展中国家大量使用。在美国,四环素类抗生素在整个抗生素市场占据了15.8%的市场份额,我国是世界上四环素类抗生素的生产、使用和销售大国,2008年四环素类药物仅出口量就达1.34
107kg。
许多用于畜牧业生产的抗生素难以被动物肠胃吸收,约30%~90%以母体化合物的形态排出,兽用抗生素可通过地表径流的冲刷、渗滤以及非饱和水带的迁移、畜禽粪尿的土地利用、水产养殖直接投药等途径进入环境中。虽然抗生素可能通过各种来源进入到环境中,然而其是否对人类、陆地和水生生态系统具有负面影响还不得而知。目前,兽用抗生素的污染已引起众多学者的关注,成为当前环境研究的热点问题之一。四环素类抗生素作为应用最为广泛的一类抗生素,其使用后的残留及环境行为也受到了关注。本文试图对四环素类抗生素的在环境中的残留及环境行为等方面的相关研究进行综述,以期深入了解四环素类抗生素的环境行为。1
四环素类抗生素简介四环素类抗生素是由放线菌属产生的或半合成的一类广谱抗生素,由放线菌属直接产生的有四环素、土霉素、金霉素。半合成制取的甲烯土霉素、强力霉素、米诺环素等,具有十二氢化并四苯基结构。该类药物有共同的A、B、C、D4个环的母核,仅在5、6、7位上有不同的取代基。四环素类是抗生素中最为便宜的一类,低廉的价格使得四环素类抗生素在发展中国家大受欢迎,不仅作为药物广泛用于人类与动物疾病的治疗,同时也作为添加剂大量使用,用于提高饲料利用效率,促进动物生长。2
环境中四环素类抗生素的残留许多研究已经证实了抗生素广泛存在土壤、地表水、地下水、沉积物、城市污水以及动物排泄物氧化塘中。四环素类抗生素由于其低廉的价格,在许疾病的预防与促进动物的生长,提高畜禽生产效率,兽用抗生素的使用在促进养殖业快速发展,改善人多国家大量使用,同时由于四环素类抗生素相对稳定,具有一定的持久性,造成环境中四环素类抗生素的残留,目前在土壤、地表水以及地下水中均检测到四环素类抗生素的存在。2.1
粪肥中四环素类抗生素残留抗生素使用后不能被完全吸收代谢,约有30%~90%以母体化合物的形态随尿液或者粪便排出残留于有机粪肥中,并且在施用粪肥的土壤中长期存留。张树清等分析了从我国北京、山东、浙江等6省市规模化养殖场采集的32个猪粪与23个鸡粪样品中四环素类抗生素的残留,四环素平均含量为2.63mg/kg,其范围在0mg/kg~14.56mg/kg之间。张慧敏等在浙北地区采集了93个畜禽粪便样品,检测结果表明,土霉素、金霉素、四环素的检出率分别达到42%、67%和48%,残留量分别在检测限以下至29.6、16.75、11.63mg/kg。CarballoEM等测定了从澳大利亚采集的30个猪粪、20个鸡粪与30个土壤样品中四环素类抗生素的含量,检测到猪粪中四环素的最大含量为23mg/kg.2.2
土壤中四环素类抗生素残留畜禽粪便作为有机肥应用于土壤为土壤提供养分是世界通用做法,粪便中残留的抗生素类物质也随着畜禽粪便的利用而进入土壤,并在长期使用粪肥的土壤中累积。Hamscher等从2001年至2003年连续进行了野外调查,发现四环素类抗生素在反复使用粪肥的砂壤中具有一定的持久性,其浓度保持在150
g/kg,从2000年至2002年,每公顷土壤中(0~30cm)通过粪肥输入约330g四环素与7g金霉素。HamscherG等研究发现,土壤中四环素的平均浓度为86.2g/kg(0cm~10cm)、198.7
g/kg(10cm~20cm)、171.7g/kg(20cm~30cm),在深度为30cm~90cm土层及地下水中均未检测到四环素类抗生素,表明四环素类抗生素可被土壤强烈吸附,移动性较差。德国北部地区的一项调查表明,在施用粪肥的沙壤土中检测到四环素类抗生素,四环素443g/kg。张慧敏等调查了浙北地区使用粪肥农田土壤中土霉素、金霉素与四环素的残留量,平均浓度分别为0.350.107、0.119mg/kg。以上研究说明这类世界广泛使用的抗生素在野外条件下降解十分缓慢,并且可能在多次使用集约化养殖场粪肥的土壤中累积。1999年和2000年,在美国139条江河中检测到包括四环素类、大内酯类、磺胺类和氟喹诺酮类等31种抗菌药。刘虹研究了贵阳市城市污水、河流及养鱼水域中氯霉素、土霉素、四环素、金霉素的残留特征,在研究水体中均可检测到上述抗生素的存在,其中排污口水中四环素的浓度达到10g/L,啊哈湖湖水中四环素最高浓度为1.1g/L。魏瑞成等监测了江苏省35个养殖场排水口及周围水体中抗生素的残留,四环素在水体样品中的检出率为34.0%,污染量0.08~3.67g/L之间。JiadeA采用液质联用于四环素类药物的广泛使用与其在土壤环境中具有一定的持久性,地下水中也检测到四环素类药物的存在。MackieRI等检测了长期施用粪肥土壤地下水中的四环素类及其分解产物,各物质浓度均小于0.5mg/L。另一研究发现,所有四环素类及其降解产物在地下水中的浓度低于0.5
g/L,两项研究结果的差异可能是由于两地四环素类药物使用水平不同造成。3
四环素类药物在环境中的吸附、迁移、降解与植物吸收抗生素一旦通过各种途径进入到环境中,便会在各种环境介质(土壤、水、沉积物、植物)中发生吸附、迁移、降解与植物累积等过程,深入了解四环素类抗生素的迁移转化以及植物吸收累积等特性,将有助于对全面解析该类药物的环境行为,为有效去除四环素类药物的污染风险提供帮助。3.1
吸附与迁移吸附对抗生素的迁移、活性和生物有效性具有重要影响,其很大程度上取决于抗生素和土壤的特性。SassmanSA等研究了不同pH、黏土含量、不同类型、不同阳离子交换容量、阴离子交换容量及不同有机碳含量对土壤吸附四环素、金霉素及土霉素影响,3种四环素均被强烈吸附,特别是酸性与高黏性的土壤对3种抗生素具有较强的吸附能力。PilsJR等研究了四环素与金霉素在K、Ca饱和黏土、腐植质以及黏土-腐植质混合体系中的吸附情况,多于96%的添加抗生素被土壤吸附,其中吸附最强烈的是黏土,其次是腐植质与黏土-腐植质体系,Ca饱和土壤比K饱和土壤吸附能力更强。ChengGU等研究发现,腐植质类物质减弱四环素在土壤中的吸附,在有机质含量高的土壤中更易流失。DrorA等发现蒙脱石在pH6.5~7环境中对四环素与土霉素具有较强的吸附能力。DavisJG等采用人工模拟降雨研究了几种不同类型抗生素随径流流失的情况,其中四环素类药物四环素与金霉素在径流水中的浓度均较低,流失较少,证实了四环素类药物在土壤中具有较强的吸附能力。张慧敏等采集了41个使用过粪肥的土壤样品,其中40个亚表层土壤(20cm~40cm)检测出土霉素、四环素或金霉素,检出率达到98%,其中土霉素的最大残留分别为1.232、0.128、0.174mg/kg,说明四环素类抗生素在农田土壤中可能发生向下迁移。3.2
降解四环素类抗生素因其所处环境的不同而表现出不同的降解性能,其半衰期从几天至上百天。VermaB等研究了四环素在蒸馏水、河水以及湿地水体中的降解情况,在光照条件下,四环素在经灭菌处理的蒸馏水、河水及湿地水中的半衰期分别为32、2、3d,在黑暗条件下的半衰期分别为83、18、13d。在非无菌水中,四环素的半衰期分别为9.1、1、1d(光照条件下)和18、11、7d(黑暗条件下)。在太阳光下,当有紫外光存在时,四环素在3种水体中的半衰期分别为26、17、18min,当滤除紫外光时,四环素在3种水体中的半衰期分别39、28、32min。试验结果表明,基质、光及紫外辐射对水体中四环素的去除发挥了重要的催化作用,在深层水域太阳光较弱的体系中,光对四环素降解的影响相当显著。K
hneM等研究了四环素在水与液体有机肥中的降解,在8d时间