CHƯƠNG 1: TONG QUAN 1. TONG QUAN VE CHAT KHÁNG SINH 1. Dinh nghĩa Kháng sinh (Antibiotics) là chất hóa học nguồn sốc vi sinh (nắm hoặc vi khuẩn), có khả năng ức chế, thậm chí tiêu diệt một số vi khuẩn hay vi sinh vật. Các chất này được điều chế băng cách chiết xuất hay bán tong hợp (Waksman, 1961).
Đặc tính lý hóa Đặc tính lý hóa của chất kháng sinh nghiên cứu sẽ là những nhân tố cho phép xác định khả năng gây ô nhiễm tiềm ấn của chúng trong môi trường. Những đặc tính lý hóa: hệ số phan chia octanol/nước (Koy), hệ số hấp thụ (Kg), sự bay hơi, độ ion hóa,. Sự bay hơi: hằng số Henry của các chất kháng sinh rất thấp, từ âm đến 2x10 ““ PaL mol” (Thiele-Bruhn, 2003) chỉ định rang chúng rất ít bay hoi cho dù từ một dung môi. Thế nhưng không loại trừ khả năng sự hiện diện của chúng trong không khí và hấp thụ trong các hạt bụi lơ lửng.
Độ hòa tan trong nước: độ hòa tan của các chất kháng sinh rất khác nhau từ một vài mg/L (oxolinic acid: 634 mg/L) đến hang trăm g/L (norfloxacine 178 g/L). Thế nhưng do hoa tan cua mot so chat van chua duoc xac dinh. Hòa tan trong lipid: các chất kháng sinh thường có hệ số phân chia octanol/nuéc (LgK.y) nhỏ hơn 3 (Tamtam et al., 2008), tại ngưỡng nay được coi là ưa mỡ và có kha năng tích tụ sinh học. Phân chia pha ran và long: K, là hệ số phân chia của một chất giữa pha ran và pha lỏng.
Ky càng cao phân tử càng có xu hướng hấp thụ, và ngược lại, Ky thấp dẫn đến tính ưa nước với nguy cơ thắm và di chuyển trong đất. Các chat kháng sinh có giá trị Ky rất khác nhau thay đổi từ 0,3 tới 6310 L/kg (Tolls, 2001) tùy theo đặc tinh lý hóa của phân tử và tính chất của đất, vì vậy khả năng hấp phụ và di động của chúng trong đất cũng rất khác nhau. Đặc tinh lý hóa của một vai chất kháng sinh tiêu biểu được thé hiện trong Bảng 1.1: Đặc tính lý hóa của một vài chất kháng sinh tiêu biểu và tính bền vững của chúng trong moi trường Độ Bên Ka „ K,. ` L” | (mgày) 3,1; ' Macrolides Erythromycin 89° 2 sử - 10° 2° D:11 B: 100°, 3.6- 60- Sulfamethocin 0,9° 15° | D: 18,6® 77 3,1° | 208 Sulfamides 18; 60- b Sulfamethoxazole 0.0, 49 5,9; h Ofloxacin 9 38 04° | 310° | 44100° | 283° | N: 10,6° *- : không xác định; N: nước, D: dat, B: bùn đáy a: Tolls, 2001, b : Kiimmerer, 2009,c : Sorum, 2006, d : Hirsch et al., 1999, e : Kemper et al., 2006, f : Golet et al., 2002, g : Thiele-Bruhn, 2003, h : Tamtam et al., 2008, 1: Halling-Sorensen et al., 1998,J : Verma, 2007, k : Délépée et al., 2004, 1: Thiele-Bruhn , 2003, m : Gobel et al.
Sự chuyển hóa trong môi trường a) Sự phân huy Sự phân hủy của chất kháng sinh trong môi trường phụ thuộc vào nhiều yếu tổ như: cau trúc hóa học, độ pH, sự hiện diện của vi khuân va ánh sáng. Thủy phân: Quá trình thủy phân là con đường chính của sự phân hủy nhóm ÿ- lactamines, penicillin trong môi trường. vi vậy những phân tử nay rất hiếm khi phát hiện trong môi trường (Hirsch et al. Phân húy quang học: phân hủy quang học là sự phân hủy chính các phân tử nhạy cảm với ánh sáng, chang hạn như quinolones, sulfonamides và các tetracyclines.
Hiện tượng này phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, độ sâu và độ đục của nước (Tore et al. Nghiên cứu về tetracycline trong các loại nước khác nhau đã chỉ ra rang thời gian bán hủy của tetracycline phụ thuộc vào môi trường và thời gian tiếp xúc với ánh sáng: khi tiếp xúc với ánh sáng, chu kỳ bán rã là 32, 2 và 3 ngày trong nước cất, nước sông và nước đầm lây trong khi trong trường hợp không có ánh sáng. chu kỳ bán rã là 83, 18 và 13 ngày (Verma et al., 2007) Phân hủy sinh học: có nhiều nghiên cứu về phân hủy sinh học của chất kháng sinh trong quá trình xử lý nước thai (Kolpin et al., 2004), ngược lại phân hủy sinh học trong đất và vùng nước tự nhiên ít được nghiên cứu. Nghiên cứu phân hủy sinh học của 18 loại thuốc kháng sinh trong điều kiện yếm khí, kết quả cho thấy không có sự phân hủy sinh học cua 17 trên 18 phân tử nghiên cứu trong đó có erythromycin, tetracycline, chlortetracycline, amoxicillin, trimethoprim các sulfamethoxazole, ofloxacin và vancomycin.
Một nghiên cứu khác của Meyerhoff, 2003 cho thay tylosin nhanh chóng bị phân hủy hiếu khí trong phân bò, ga và lợn với chu kỳ bán rã tương ứng là 6,2 - 7,6 và 7,6 ngày. b) Di chuyển trong đất Trong đất, sự di chuyên của chất kháng sinh bị ảnh hưởng bởi sự kết hợp của nhiều yếu tố, bao gồm đặc tính lý hóa, độ hòa tan trong nước, độ pH của đất, khả năng trao đối cation, hàm lượng đá vôi trong đất cũng như hàm lượng các chất hữu cơ. Nhóm quinolones và tetracyclines được coi hấp thụ mạnh trong đất, vì vậy tinh di động cũng 10 hạn chế. Nghiên cứu trong đất cho thay mức độ của tetracyline đã giảm từ 225 mg/kg đến 110 mg/kg sau 7 ngay và 5 mg/kg sau 28 ngày kế từ ngày áp dụng.
Ngược lại, các sulfonamides được cho là không hap thụ trong đất và di chuyển rất nhanh trong đất dé đến môi trường nước (Tolls, 2001; Thiele-Bruhn, 2003).2 thé hiện sự phân hủy các chất kháng sinh trong điều kiện rừng ngập mặn tại Việt Nam.2: Sự phân hủy của các chất kháng sinh trong điều kiện rừng ngập mặn Việt Nam Phân hủy trong môi trường nước Chất kháng sinh Phân hủy quang học | Thuy phân | Phân hủy sinh học Enrofloxacin Có Không - Ciprofloxacin Có (Cao) Thấp Thấp Trimethoprim Khong Khong Không Sulfamethoxazole Không Không Không Oxolinic acid Có (Cao) Thấp Thấp Sulfadiazin - Khong Khong Oxytetracycline Có (Cao) - - Griseofulvin - - - Rimpapicin - - - (-): Không xác định (Nguồn: Hoang et al. Khả năng tích lũy sinh học a) Tích tu sinh học trong động vat Theo nghiên cứu cua (Hansen et al., 1992; Samuelsen et al., 1992a; Ervik et al., 1994), hầu như các trang trại nuôi cá đều sử dung oxytetracycline, oxolinic acid hoặc flumequine. Bằng chứng là qua nhiều ngày sau khi kết thúc quá trình chữa trị, sự tích tụ các chất này trong cá các loại, cua, vem, với hàm lượng acide oxolinic có thé lên đến tới 15 tg/g trong trong gan của cá và lên đến 2 g/g trong các mô của động vật đối với oxytetracycline. Capone et al., 1996 và Pouliquen et al., 1996 cho thấy rằng các con hàu và vẹm có khả năng tích tụ oxytetracycline và acid oxolinic.
Họ cũng cho thấy rang sự ton tại của oxytetracycline lâu hơn acid oxolinic ở loài hai mảnh. Trái lại, nghiên cứu của Tibbs et al., 1989 cho thay không có tích tụ sinh học trong các con hau trong nước biển có chứa flumequine hoặc tetracycline. Một nghiên cứu khác của Le Bris và Pouliquen, 2009 thể hiện rằng các BCF (Bioconcentration factor) là rất thấp (<2) cho acid oxolinic và oxytetracycline trong các con vem xanh Mytilus edulis. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Touraki et al., 1999 đã chứng minh sự vận chuyển qua chuỗi thức ăn của trimethoprim, sulfamethoxazole và N-acetyl- sulfamethoxazole từ Artemia cho cá và tôm.
b) Tích tu sinh hoc trong thực vat Nghiên cứu của Magliore et al., 2000 cho thay khả năng tích tụ sinh học flumequine bởi thực vật thủy sinh, Lythrum salicaria với nồng độ tối đa của flumequine có thé là 65 ug/g. Delépée et al., 2004 chi ra răng tích tụ sinh học chat kháng sinh của rêu Fontinalis antipyretica, một loại rêu thủy sinh, với BCT trong khoang 75 và 450 cho acid oxolinic, flumequine va oxytetracycline. Sử dung nước thai sau xử ly dé tưới tiêu trong trồng trọt là con đường gây 6 nhiễm các hợp chat xenobiotic trong môi trường. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng tồn dư kháng sinh, được hấp phụ trên mặt đất, có thể được hấp thụ bởi các thực vật.
Nghiên cứu về sự hấp thu của thuốc kháng sinh thú y trong thực vật đã chỉ ra rằng trimethoprim có thể được hấp thụ bởi rau diép, trong khi enrofloxacin, va trimethoprim đã được phát hiện 12 trong rễ củ cà rốt. Kumar et al., 2005 cho thay rằng ngô, bắp cải hoặc hành tây trồng trên đất trước đó được rãi phân chuồng có chứa tylosin và chlortetracycline có thé bị nhiễm. Ngoài ra, bài báo cũng cho thay su tich tu cua sulfamethoxazole, sulfadoxine, sulfachloropyridazine, oxytetracycline, tetracycline, chlortetracycline, lincomycin va ofloxacin trong cây trông trên đất bi 6 nhiễm các thuốc này với hàm lượng từ 0,1 đến 532 „g/kg. Sự hấp thụ thuốc kháng sinh cũng có thé ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật liên quan đến sự hấp thụ của oxytetracycline và độc tính của nó trên cỏ linh lăng (Medicago sativa L), kết quả cho thay oxytetracycline ức chế sự phát triển của cỏ linh lăng và rễ lên đến 61% và 85%.
Tác động lên con người và mỗi trường Sự hiện diện của kháng sinh trong môi trường có thé có gây ra những van dé trong việc xuất hiện các chủng vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh. Các nghiên cứu đã chỉ ra rang 30% vi khuẩn Campylobacter kháng thuốc hiện diện trong nước thải từ trang trại chăn nuôi (Sorum, 2006) đã chứng minh rằng với những liễu thấp của chlortetracycline có thé lựa chọn các chủng kháng thuốc của các vi khuân hiếu khí trong các hệ sinh thái sông. Nong do thap của thuốc kháng sinh trong môi trường có thể dẫn đến sự lựa chọn những quan thé vi khuẩn kháng thuốc. Sorum, 2006 đã quan sát thay sự trao đổi các gen kháng thuốc có thể xảy ra giữa các vi khuẩn ở các trang trại nuôi cá với các vi khuẩn ở môi trường trên cạn, bao gồm cả vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật cho thay độc tính nhất thời của oxytetracycline mạnh trên vi tao hơn trên động vật có vỏ.
Các thử nghiệm độc tính cấp tính cho phép nhận thấy răng có sự khác biệt lớn tùy theo các chất kháng sinh và cơ thể sống: ofloxacin, đặc biệt độc hại đối với vi khuẩn, sulfadimethoxine thì đối với động vật không xương sống trong khi tylosin, chlortetracycline va erythromycin là tao. Sự hiện diện của kháng sinh trong đất cũng có thé có tac động đến chất lượng đất. Chúng sẽ tác động theo hai cách: bằng cách gây rối lọan công đồng vi khuẩn bằng họat tính diệt khuẩn và tạo ra sức đề kháng giữa các vi khuẩn trong môi trường hoặc đưa vào môi trường đất những vi khuẩn kháng thuốc được vận chuyền qua phân và nước tiểu (Kemper, 2008). TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 1.