微生物法處理四環素類抗生素的研究進展

夏萌萌

（河南大學邁阿密學院，河南 開封 475004）

四環素類抗生素是由放線菌產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，且對環境生物有生理毒性［1］。

1 四環素類抗生素的作用機制及危害

1.1 四環素類抗生素的作用機制

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

1.2 四環素類抗生素造成的危害

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

2 四環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，抗生素由大分子變為小分子，最終轉化為CO2和水。由于微生物降解過程復雜且不易充分了解，目前國內外對四環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素降解菌DT1的代謝產物，推測出了四環素的三條降解途徑，其中主要生物降解途徑為四環素在DT1的存在下經過脫甲基作用、脫氫作用、脫羧基作用和脫氮基作用，從而達到降解作用［3］。

抗生素降解菌的篩選是微生物法的重要部分，且真菌和細菌都可以參與四環素類的降解。近年來，四環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構進而降解抗生素；例如白腐真菌產生的天然木質素過氧化物酶和錳過氧化物酶在體外對四環素和土霉素有著很強的降解能力。

3 微生物法處理四環素類抗生素的常用方法

解決四環素類抗生素的污染問題，除了從源頭上減少抗生素濫用外，去除環境中殘留的四環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和生活污水最廣泛使用的方法，該方法發展時間早，工藝較為成熟，常用來處理含抗生素的廢水。

吸附是去除四環素類抗生素的主要機理，宋現財經過研究發現四環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。鄭宇等發現在AO工藝中不同HRT和SRT條件下四環素的總去除率都會發生改變，HRT較小時，TC在池中的停留時間短，總去除率不高，SRT延長導致AO各池的活性污泥濃度升高，使得TC的吸附量上升［5］。

3.2 膜生物反應器法

膜生物反應器（MBR）是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術。這種方法采用膜組件來代替傳統活性污泥處理工藝中的二沉池，克服了傳統活性污泥法中易發生污泥膨脹等問題，是發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定高效，宋小燕等建立一體式膜生物反應器系統，發現實驗原水中的抗生素以四環素類物質為主，當HRT為5.9 d時，四環素類抗生素去除率為86.8%，縮短HRT至4.6 d時，四環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，結果表明MBR工藝對四環素類的去除率為40.5%～94.0%，且去除效果為土霉素OTC＞四環素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勢。堆肥法利用多種微生物的作用，將復雜的有機態物質轉化為可溶性養分和腐殖質，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等發現在堆肥實驗后，四環素的減少率為99%［8］；Rushan Chai等對被四環素污染的糞便進行了綜合利用，在溫室進行堆肥試驗，含量為150mg／L的金霉素，可在14d內被完全清除［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99%，后者只有49%［10］。此外，抗生素本身的理化性質也影響降解率，Rushan Chai等發現在相同條件下，四環素類降解率為CTC＞TC＞OTC［11］。

4 結論及展望

1）我國四環素類抗生素的使用量巨大，其在環境中的遷移轉化過程十分復雜，對生態環境的危害愈演愈烈，而我國還沒有針對四環素類藥物的使用標準和排放標準，相關部門應盡快制定相關法律法規，防止抗生素污染繼續擴大。

2）單一的微生物處理技術往往有弊端，無法滿足復雜的環境需求，應致力于開發新的微生物修復技術或復合修復技術，爭取更加高效安全地處理四環素類抗生素。

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