Chương 1. Giới thiệu về kháng sinh 1. Khái niệm Theo quan niệm truyền thống kháng sinh được định nghĩa là những chất do các vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn…) tạo ra có khả năng ức chế sự phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn. Ngày nay kháng sinh không chỉ được tạo ra bởi các vi sinh vật mà còn được tạo ra bằng quá trình bán tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học, do đó định nghĩa kháng sinh cũng thay đổi, hiện nay kháng sinh được định nghĩa là những chất có nguồn gốc vi sinh vật, được bán tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học.
Với liều thấp nhất có tác dụng kìm hãm hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh. Tác dụng của thuốc kháng sinh Sau khi vào tế bào, kháng sinh được đưa tới đích tác động là các thành phần cấu tạo cơ bản của tế bào vi khuẩn và phát huy tác dụng: kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn, bằng cách: - Ức chế sinh tổng hợp vách tế bào vi khuẩn: các kháng sinh nhóm beta- lactam, fosfomycin và vancomycin ngăn cản sinh tổng hợp lớp peptidoglycan nên không tạo được khung murein - tức là vách không được hình thành. Tế bào con sinh ra không có vách, vừa không sinh sản được vừa dễ bị tiêu diệt hoặc bị li giải. - Gây rối loạn chức năng màng bào tương: chức năng đặc biệt quan trọng của màng bào tương là thẩm thấu chọn lọc; khi bị rối loạn các thành phần (ion) bên trong tế bào bị thoát ra ngoài và nước từ bên ngoài ào ạt vào trong, dẫn tới chết.
- Ức chế sinh tổng hợp protein: Kết quả là các phân tử protein không được hình thành hoặc được tổng hợp nhưng không có hoạt tính sinh học làm ngừng trệ quá trình sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. - Ức chế sinh tổng hợp acid nucleic: Ngăn cản sự sao chép của ADN mẹ tạo ADN con, ví dụ, do kháng sinh gắn vào enzym gyrase làm ADN không mở được vòng xoắn, như nhóm quinolon. Ngăn cản sinh tổng hợp ARN và ức chế sinh tổng hợp các chất chuyển hóa cần thiết cho tế bào. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Phân loại Có nhiều cách khác nhau để phân loại kháng sinh, trong đó cách phân loại theo cấu trúc hoá học được sử dụng phổ biến nhất. Theo cách phân loại này, kháng sinh được chia thành các nhóm như sau (Bảng 1. Phân loại kháng sinh theo cấu trúc TT Tên nhóm Phân nhóm Các penicillin Các cephalosporin Các beta-lactam khác 1 Beta-lactam Carbapenem Monobactam Các chất ức chế beta-lactamase 2 Aminoglycosid 3 Macrolid 4 Lincosamid 5 Phenicol Thế hệ 1 6 Tetracylin Thế hệ 2 Glycopeptid 7 Peptid Polypeptid Lipopeptid Thế hệ 1 8 Quinolon Các fluoroquinolon: Thế hệ 2, 3, 4 Các nhóm kháng sinh khác Sulfonamid 9 Oxazolidinon 5-nitroimidazol 1. Thông tin chung về Ampicillin Ampicillin là một trong những loại kháng sinh thuộc nhóm thuốc penicillin, được sử dụng để điều trị một loạt các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn.
Hoạt động bằng cách ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn. Công thức hóa học của nó là C16H19N3O4S và có trọng lượng phân tử 349. Ampicillin là một loại kháng sinh beta-lactam, một phần của họ amino penicillin và nó có hoạt 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tính chống lại vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Muối natri ampicillin là penicillin bán tổng hợp có nguồn gốc từ nhân cơ bản, axit 6-aminopenicillanic.
Cấu trúc hóa học của ampicillin được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong Hình 1. Cấu trúc hóa học của Ampicillin 1. Nguồn phát thải và tác hại của dư lượng kháng sinh 1. Các nguồn phát thải Trong những năm qua, việc sử dụng kháng sinh trong thú y và y học của con người là rất phổ biến (tiêu thụ hàng năm là 100 000 - 200 000 tấn) và do đó, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước bởi các hợp chất như vậy ngày càng tăng lên [77].
Các hợp chất kháng sinh được phát hiện trong nhiều môi trường khác nhau. Những chất gây ô nhiễm này liên tục được thải ra môi trường tự nhiên là các hợp chất gốc, các chất chuyển hóa/sản phẩm phân hủy hoặc cả hai dạng bởi sự đa dạng của nguồn đầu vào (Hình 1. Khi phân tán trên đồng ruộng làm phân bón, phân có thể gây ô nhiễm đất và do đó nước mặt hoặc ngước ngầm bị ô nhiễm thông qua quá trình ngấm [21, 48]. Tương tự, kháng sinh cho người được đưa vào môi trường thông qua bài tiết (nước tiểu và phân), đi vào hệ thống thoát nước và đến các nhà máy xử lý nước thải (WWTP).
Hầu hết các WWTP không được thiết kế để loại bỏ các chất ô nhiễm micro như kháng sinh [77]. Do đó, chúng có thể được chuyển đến các vùng nước mặt và tiếp cận nước ngầm sau khi ngấm. Cuối cùng, nước mặt bị ô nhiễm có thể xâm nhập vào các nhà máy xử lý nước uống (DWTP), cũng không được chế tạo để loại bỏ các hợp chất này và đi đến các hệ thống phân phối nước. Bùn được tạo ra trong WWTP được sử dụng để bón phân cho đất và có thể gây ra những vấn đề tương tự như việc sử dụng phân bón.
Một nguồn ô nhiễm quan 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trọng khác là sự phát thải trực tiếp của kháng sinh thú y thông qua ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản. Việc xử lý không đúng cách thuốc không được sử dụng hoặc hết hạn, được thải trực tiếp vào hệ thống nước thải hoặc lắng đọng tại các bãi chôn lấp, nước thải từ sản xuất hoặc do sự cố tràn vô tình trong quá trình sản xuất hoặc phân phối cũng có thể được coi là các điểm ô nhiễm đáng kể [21, 58]. Kháng sinh cho người Kháng sinh thú y (Gia đình, công nghiệp, bệnh viện, dịch vụ) (Nuôi thủy sản, vật nuôi, gia cầm) Sử dụng tùy ý Bài tiết Bài tiết Chất thải Mạng lưới cống thoát Phân bón Lắng đọng WWTPs Lắng đọng Bãi rác Bùn Dòng nhánh Ngấm Đất Nước ngầm Nước mặt Chuỗi thức ăn DWTPs Nước uống Lắng đọng Ngấm Hình 1. Nguồn gốc và con đường gây ô nhiễm của các hợp chất kháng sinh 1.
Tác hại của dư lượng kháng sinh 1. Ảnh hưởng của kháng sinh đến môi trường Các tế bào của cơ thể người phản ứng với kháng sinh ở nồng độ rất thấp. Sự tồn tại của chúng trong nước uống hoặc thực phẩm có thể làm tăng nồng độ của các hợp chất này trong cơ thể và đi đến các mô cơ thể gây ra phản ứng khác nhau. Hiện nay, chưa đủ thông tin về tác dụng có thể có của một lượng nhỏ 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thuốc kháng sinh đối với cơ thể người.
Tuy nhiên, ngay cả ở nồng độ thấp thì chúng cũng có thể hoạt động như một vắc-xin cho vi khuẩn và làm cho chúng kháng lại các kháng sinh được sử dụng trong quá trình điều trị bệnh. Nhiều nghiên cứu chỉ ra tác dụng mãn tính của kháng sinh là nhiều hơn tác dụng cấp tính của chúng [20]. Ảnh hưởng của kháng sinh đối với hệ thống xử lý nước thải Kháng sinh có khả năng ảnh hưởng đến sự tồn tại của vi khuẩn trong mạng lưới nước thải. Hơn thế nữa, sự tồn tại của kháng sinh trong các hệ thống xử lý nước thải có thể làm cho hoạt động của vi khuẩn bị ức chế và điều này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ [20].
Ảnh hưởng của kháng sinh đến nước mặt Kháng sinh đã được loại bỏ một phần ra khỏi nước thải trong các hệ thống xử lý có thể đưa vào nguồn nước mặt và ảnh hưởng đến các sinh vật khác nhau của chuỗi thức ăn. Tảo là nền tảng của chuỗi thức ăn và có độ nhạy cảm cao với các loại kháng sinh. Do đó, dù chỉ giảm một chút số lượng tảo cũng có thể ảnh hưởng đến sự cân bằng của hệ thống nước. Mặc dù nồng độ các hợp chất liên quan trong nước là rất thấp (ng hoặc µg), nhưng sự tích tụ của chúng ở gia cầm, gia súc và thực vật có thể gây bệnh ở người và ở động vật [20].
Ảnh hưởng của kháng sinh đối với trầm tích Kháng sinh có thể ảnh hưởng định tính và định lượng đến sự tồn tại của các loài vi khuẩn trong trầm tích, nó có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự phân hủy của chất hữu cơ. Sự tích tụ và tập trung các hợp chất kháng sinh trong trầm tích có thể làm giảm sự phát triển và hoạt động của vi khuẩn khử sulfate và do đó ảnh hưởng đến quá trình khử sulfate [20]. Các phương pháp xử lý nước thải chứa kháng sinh Ngày nay, vấn đề xử lý nước thải chứa kháng sinh đã thực sự trở thành một chủ đề nghiên cứu môi trường quan trọng. Sự tồn tại của nồng độ kháng sinh cao trong môi trường có ảnh hưởng xấu đối với vi sinh vật và dẫn đến sự 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phá vỡ cân bằng sinh thái.
Mặt khác, nồng độ kháng sinh thấp trong các hồ chứa sinh thái làm cho vi khuẩn gây bệnh và không gây bệnh có được khả năng kháng kháng sinh. Các nghiên cứu cho thấy việc loại bỏ kháng sinh là bắt buộc ở mọi giá trị nồng độ. Nhiều phương pháp hóa học và vật lý khác nhau có thể được sử dụng để loại bỏ kháng sinh ra khỏi môi trường nước, ví dụ như: oxy hóa hóa học và phân hủy sinh học (các phương pháp phá hủy), hấp phụ, chiết chất lỏng và các kỹ thuật màng (các quy trình không phá hủy). Tùy thuộc vào tính chất và nồng độ của các chất ô nhiễm trong nước thải và chi phí của quá trình mà chúng ta có thể lựa chọn các phương pháp khác nhau.
Các quá trình hấp phụ Các quá trình hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để loại bỏ chất gây ô nhiễm hữu cơ. Hiệu suất hấp phụ phụ thuộc vào các tính chất của chất hấp phụ, cụ thể là diện tích bề mặt, độ xốp và đường kính lỗ xốp [30]. Các chất hấp phụ được sử dụng nhiều nhất là các loại than hoạt tính dạng hạt (GACs), nhưng chi phí cao và khó tái sinh là các nhược điểm [16]. Do đó, các chất hấp phụ thay thế được phát triển nhằm mục đích tìm ra chất hấp phụ mới có giá thành thấp, dưới dạng sản phẩm phụ hoặc chất thải từ các quá trình công nghiệp hoặc nông nghiệp.
Mặc dù hấp phụ là một quá trình được biết đến rộng rãi, nhưng trong nhiều năm qua việc nghiên cứu áp dụng công nghệ này để loại bỏ kháng sinh không được mở rộng nhiều.