Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi đóng góp phần lớn vào sự phát triển kinh tế – xã hội của tỉnh Long An. Tuy vậy, trên địa bàn vẫn còn 1.800 cơ sở chăn nuôi nằm trong khu vực không được phép chăn nuôi và hiện tượng chất thải không qua xử lý được thải trực tiếp ra kênh rạch gây ô nhiễm môi trường nước cũng đã được ghi nhận. Đồng thời, ở khu vực này, khó kiểm soát được việc sử dụng kháng sinh không đúng cách để phòng và trị bệnh ở vật nuôi. Phần nhiều lượng kháng sinh dùng trong thú y sẽ được thải ra môi trường theo nước tiểu và phân.
Từ đó, kháng sinh có thể xâm nhập vào nước mặt, tạo điều kiện làm tăng nguy cơ kháng kháng sinh cũng như khả năng chuyển gen kháng kháng sinh của các loài vi khuẩn hiện diện ở môi trường này cho các mầm bệnh khác ở người. Kháng kháng sinh đang được xem như một vấn đề khủng hoảng toàn cầu khi chúng làm cho những bệnh bình thường ở người hay động vật trở nên khó chữa trị. Một trong những vi khuẩn có khả năng kháng nhiều loại kháng sinh khác nhau và và chuyển gen kháng cho các loài khác thông qua plasmid là Escherichia coli (E. coli), vốn tồn tại chủ yếu trong phân và là một chỉ dấu cho sự ô nhiễm phân trong môi trường.
Một số loài E. coli có thể gây bệnh cho người hoặc động vật và kháng sinh nhóm Quinolone là lựa chọn phổ biến để điều trị các bệnh do E. coli hoặc các vi khuẩn Gram âm khác gây ra. Việc sử dụng rộng rãi kháng sinh nhóm Quinolone để điều trị bệnh thú y kết hợp với việc xả nước thải chăn nuôi ra môi trường nước mặt mà chưa qua xử lý là động lực chính cho vi khuẩn E.
coli trong môi trường phát triển khả năng kháng với Quinolone cũng như lan truyền khả năng này cho các vi khuẩn gây bệnh khác, ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người và vật nuôi. Do đó việc thực hiện đề tài: “ĐÁNH GIÁ DƯ LƯỢNG KHÁNG SINH VÀ SỰ ĐỀ KHÁNG QUINOLONE CỦA E. coli TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT TỪ KHU VỰC CHĂN NUÔI TỈNH LONG AN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ” là cần thiết, nhằm xác định sự hiện diện của kháng sinh nhóm Quinolone trong môi trường nước mặt, đánh 1 giá sự kháng Quinolone của vi khuẩn E. coli đồng thời cung cấp thông tin về tình trạng nước mặt ở một số kênh rạch bị ảnh hưởng bởi hoạt động chăn nuôi ở tỉnh Long An.
Mục tiêu nghiên cứu Xác định được sự hiện diện của chất kháng sinh nhóm Quinolone trong môi trường nước mặt có nguồn thải chủ yếu từ hoạt động chăn nuôi, từ đó bước đầu đánh giá được sự kháng kháng sinh họ này với vi khuẩn E. coli trong nước mặt và đề xuất giải pháp quản lý phù hợp. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Một số chất kháng sinh tiêu biểu thuộc nhóm Quinolone; - Nước mặt có nguồn thải chủ yếu từ hoạt động chăn nuôi; - Tác động của chất kháng sinh đối với E. coli trong nước ở các kênh rạch đó.2 Phạm vi nghiên cứu Do giới hạn thời gian thực hiện đề tài, phạm vi nghiên cứu gồm 5 điểm kênh rạch có nguồn thải từ hoạt động liên quan đến chăn nuôi ở các huyện Bến Lức, Thủ Thừa và Tân An thuộc tỉnh Long An 4.
Ý nghĩa của đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu của đề tài này sẽ phần nào đánh giá mức độ ô nhiễm nói chung và ô nhiễm kháng sinh thuộc nhóm Quinolone nói riêng do hoạt động chăn nuôi ảnh hưởng đến các kênh rạch trên địa bàn tỉnh Long An đồng thời đưa ra một số nhận định ban đầu về tình hình kháng kháng sinh của vi khuẩn E. coli trong nước mặt đối với một số loại kháng sinh thuộc nhóm Quinolone. 2 - Đề tài này sau khi hoàn thành sẽ góp phần làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu khác về tác động của các chất kháng sinh đối với hệ sinh thái trong môi trường nước mặt.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả cung cấp số liệu điều tra về sự có mặt cũng như khả năng kháng kháng sinh họ Quinolones đối với vi sinh vật trong nước mặt của các kênh rạch thuộc tỉnh Long An. - Cung cấp một số đề xuất khả dụng để cải thiện tình hình nước mặt ở kênh rạch thuộc tỉnh Long An.
TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Kháng sinh trong chăn nuôi và môi trường 1.1 Tổng quan về kháng sinh Khái niệm "kháng sinh" đầu tiên được dùng để chỉ các chất được sản xuất tự nhiên từ các vi sinh vật (vi khuẩn hoặc nấm), có khả năng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật khác và phá hủy tế bào. Sau khi nền công nghiệp và nghiên cứu phát triển các dẫn xuất tổng hợp/bán tổng hợp ra đời, kháng sinh được định nghĩa lại là các chất có nguồn gốc chiết xuất từ một số loại vi sinh vật hoặc tổng hợp/bán tổng hợp, có thể tiêu diệt vi sinh vật hoặc ức chế sự phát triển của vi sinh vật cụ thể [1]. Kháng sinh có thể được phân thành nhiều loại. Một số cách phân loại chính có thể kể đến: - Phân loại theo phổ tác dụng: Kháng sinh có hoạt tính rộng hay hoạt tính chọn lọc.
o Kháng sinh hoạt tính rộng (ảnh hưởng đến nhiều loại vi khuẩn Gram dương và Gram âm) như: nhóm aminoglycoside (gentamicin, kanamycin, …); nhóm phenicol; nhóm sulfamide, nhóm tetracycline; … o Kháng sinh hoạt tính chọn lọc (ảnh hưởng đến một hay một số vi sinh vật: nhóm quinolone chỉ tác động trên vi khuẩn Gram âm; nhóm penicillin chỉ ảnh hưởng chủng Gram dương,…) - Phân loại theo cơ chế tác động: Bảng 1.1 Phân loại kháng sinh theo cơ chế tác động Nhóm kháng sinh theo hoạt tính Loại kháng sinh kháng khuẩn Ức chế tổng hợp vách tế bào β-lactam Carbapenem Cephalosporin Monobactam Penicillin Glycopeptide Khử cực màng tế bào Các lipopeptide Ức chế tổng hợp protein Gắn vào tiểu đơn vị 30S của ribosom Aminoglycoside Tetracyclinee Gắn vào tiểu đơn vị 50S của ribosom Chloramphenicol Lincosamide Macrolide Oxazolidinone Streptogramin Ức chế tổng hợp acid nucleic Quinolone Fluoroquinolone Ức chế con đường chuyển hóa Sulfonamide Trimethoprim 1.2 Kháng sinh nhóm Quinolone Trong số những loại kháng sinh kể trên, Quinolone là một trong những nhóm kháng sinh có hoạt tính rộng được dùng phổ biến trong y học, thú y [3]. Quinolone nguyên mẫu là axit nalidixic (về mặt kỹ thuật là naphthyridon), được phát hiện vào những năm 1960 như một sản phẩm phụ trong quá trình tổng hợp các hợp chất quinin chống sốt rét. Năm 1967, axit nalidixic đã được phê duyệt để dùng 5 trong điều trị lâm sàng đối với bệnh nhiễm trùng đường tiết niệu do vi khuẩn Gram âm gây ra. Tuy nhiên, việc sử dụng của chất này bị hạn chế do phổ hoạt tính hẹp, nồng độ tồn tại trong huyết thanh thấp, nồng độ ức chế cần thiết cao và có một số tác dụng phụ.
Mãi đến những năm 1980, các thế hệ tiếp theo mới được phát triển khi nhu cầu về các phương pháp điều trị mới đối với bệnh tiêu chảy và nhiễm trùng tiểu do Shigella và E. coli kháng thuốc gia tăng [4].1 Cấu trúc cốt lõi của kháng sinh nhóm quinolone [4]. Ghi chú: Có 6 vị trí quan trọng để sửa đổi nhằm cải thiện hoạt tính của thuốc: R1, R5, R6, R7, R8, và X. X = C xác định quinolon, X = N xác định naphthyridones.
Nhiều nhà nghiên cứu đã chỉ ra mối quan hệ cấu trúc - hoạt động của các kháng sinh nhóm quinolone.1 trình bày cấu trúc cốt lõi của các quinolone cơ bản với hai nhóm chính được phát triển: quinolone và naphthyridon (có thể được xác định bằng vị trí 'X'). Khi nguyên tử cacbon ở vị trí X, chất này là quinolone, trong khi nguyên tử nitơ ở vị trí X, chất này là naphtyridon. Dựa trên phổ hoạt động, quinolone được phân loại thành bốn thế hệ. Sự phát triển của quinolone từ thế hệ này sang thế hệ khác để có được hoạt tính phổ rộng hơn được tiến hành bằng cách bổ sung các nhóm thế khác nhau vào các vị trí khác nhau trên nhóm dược lý.
Bảng 1 dưới đây trình bày tóm tắt về quá trình phát triển của các kháng sinh nhóm quinolone: 6 Bảng 1.2 Qúa trình phát triển của các kháng sinh Quinolone Thế Tên Phổ kháng khuẩn Đặc điểm hệ Các sinh vật Gram âm Phát hiện đầu tiên trong lớp 1 Axit nalidixic (trừ quinolone các loài Pseudomonas) Cải thiện khả năng chống lại vi Enoxacin Tất cả các mầm bệnh khuẩn Gram âm Gram âm và một số mầm bệnh không điển Cải thiện khả dụng sinh học, Norfloxacin hình (bao giảm tác dụng phụ 2a gồm Mycoplasma pneumoniae và Chlam Cải thiện hoạt động chống vi Ciprofloxacin ydia pneumoniae) khuẩn Gram âm Tăng hiệu lực Tăng khả năng chống vi khuẩn Tất cả các mầm bệnh Gram dương Gram âm và một số vi Ofloxacin Tăng khả năng chống Gram ( L -isomer = khuẩn Gram dương dương, thâm nhập mô, thời gian levofloxacin) (bao gồm bán hủy cả Staphylococcus 2b Hoạt động gấp 4 lần aureus , ngoại Tăng hoạt động chống vi khuẩn trừ Streptococcus Gram dương pneumoniae ) và một Lomefloxacin Tăng hoạt động chống Gram số sinh vật không điển dương, thâm nhập mô, thời gian hình bán hủy Mang hoạt tính của thế Tăng hoạt động chống vi khuẩn 3 Sparfloxacin hệ thứ hai và sở hữu Gram dương phạm vi bao phủ Gram Tăng khả năng chống Gram 7 Thế Tên Phổ kháng khuẩn Đặc điểm hệ dương mở rộng (S.