Forskning i to mikrobielle stammers nedbrydning af avermectin Avermectin er et typisk makrolidantibiotikum, der ofte bruges som veterinærlægemiddel og spiller en vigtig rolle i dyrehold. Med den kraftige udvikling af dyrehold stiger menneskers efterspørgsel efter antibiotika også dag for dag. På nuværende tidspunkt er den årlige produktion og brug af antibiotika i Kina ca. 189.000 tons, hvoraf en stor del anvendes i dyrehold. Brugen af veterinære antibiotika udgør mere end halvdelen af den samlede mængde antibiotika, der bruges i dyrehold. I 2010 overgik Kina Japan og USA med hensyn til animalske lægemiddelråvarer og brug og blev verdens største bruger af animalske lægemiddelråvarer. Men den omfattende brug af antibiotika kan have alvorlige konsekvenser. Efter at være kommet ind i organismen absorberes nogle veterinære antibiotika, mens andre overskrider det behandlede husdyrs toleranceområde og udskilles fra kroppen. Ved hjælp af migration overføres antibiotika til forskellige økosystemer og ophobes løbende i vand og jord, hvilket kan påvirke den normale funktion af organismer i miljøet. Derfor er effektiv og enkel behandling af restantibiotika i det nuværende miljø for at forhindre yderligere skade på organismer blevet et varmt forskningsemne.

På nuværende tidspunkt omfatter de vigtigste metoder til behandling af antibiotika fysisk adsorption, avanceret oxidation og mikrobiel nedbrydning. På grund af den stigende bevidsthed om miljøbeskyttelse blandt mennesker er mikrobiel nedbrydning blevet en foretrukken teknologi blandt forskere. På nuværende tidspunkt omfatter de rapporterede mikroorganismer, der kan nedbryde avermectin, hovedsageligt Bacillus subtilis, Acinetobacter lwofi, Shigella, white rot-svampe osv. De bruger normalt makrolidenzymer, der produceres ved metabolisme, til at nedbryde avermectin. De fleste studier undersøger dog kun mikroorganismernes nedbrydningsegenskaber på avermectin gennem enkeltfaktoreksperimenter uden yderligere analyse ved hjælp af ortogonal eller responsoverflademetodologi og kan ikke nøjagtigt bestemme de optimale nedbrydningsbetingelser. I dette eksperiment blev avilamycin derfor brugt som et repræsentativt antibiotikum. Højtydende væskekromatografi blev brugt til at måle nedbrydningsegenskaberne for Bacillus subtilis og Shigella på avilamycin under forskellige betingelser for temperatur, pH, prøvevolumen, stammevæskevolumen og dyrkningstid. Response surface methodology blev brugt til at analysere nedbrydningsegenskaberne og opnå de optimale betingelser for den mikrobielle stamme til at nedbryde avilamycin for at give et grundlag for den praktiske anvendelse af mikrobiel nedbrydning af avilamycin og andre veterinære antibiotika.

 

I de senere år, med den gradvise udvikling af den grønne industri, er brugen af mikrobielle stammer til nedbrydning i behandlingen af miljøforurenende stoffer gradvist blevet et foretrukket emne for forskere. På grund af avermectins dårlige vandopløselighed er dets nedbrydningscyklus i mikrobielle nedbrydningsmetoder længere end for tetracyklin og β-lactamantibiotika, og det tager normalt mere end 15 dage at opnå en nedbrydningseffekt på over 80%. Forskning har vist, at kun et lille antal stammer kan nedbryde avermectin mere effektivt. For eksempel kan Burkholderia nedbryde ca. 80% avermectin inden for 48 timer, og termofile Bacillus kan opnå en nedbrydningshastighed på 77,6% avermectinstandard inden for 72 timer. Derfor er undersøgelse og screening af specifikke bakteriestammer gavnlig for den videre udvikling af mikrobielle nedbrydningsmetoder.

Bakterier nedbryder generelt makrolidantibiotika ved at metabolisere dem og producere inaktiverende transferaser. Disse inaktiverende transferaser kan hovedsageligt opdeles i makrolidesteraser, 2'-glycosylphosphorylat transferaser MPH1 og glycosylphosphotransferaser, som kan fremme phosphorylering og glycosylering af antibiotiske molekylære strukturer og derved få antibiotika til at miste deres oprindelige egenskaber. Nedbrydningsmekanismen for stammer, der ofte bruges til antibiotikabehandling, er dog ikke blevet udforsket fuldt ud, hvilket også er et vanskeligt problem, som forskere skal løse i dag. I mellemtiden har nylige undersøgelser også rapporteret om nogle stammer, der er i stand til at producere makrolid-inaktiverende enzymer, men der er ikke udført nogen efterfølgende test af nedbrydningsevnen, såsom Mycoplasma pneumoniae, Streptococcus suis, Pseudomonas aeruginosa osv.
Baseret på den nuværende forskningsstatus og eksisterende problemer kan udviklingsretningen for bakteriel nedbrydning af avermectin opdeles i følgende punkter: ① Yderligere forskning i mekanismen for mikrobiel stamme-nedbrydning af avermectin, hvilket giver et grundlag for screening af nedbrydningsstammer. ② Ved at screene og kombinere forskellige mikrobielle stammer kan der opnås bedre nedbrydningseffekter Reducer produktionsomkostningerne, vælg overkommelige dyrkningsmedier og dyrk stammer med korte produktionscyklusser Valg af stammer, der er miljøvenlige og fri for sekundær forurening, kan effektivt forhindre sekundær forurening af miljøet.
I stammescreeningseksperimentet viste Bacillus subtilis en høj nedbrydningshastighed på 21,76% for avermectin; nedbrydningshastigheden for Shigella er lidt lavere end for Bacillus subtilis, nemlig 17,91%. Dette indikerer, at Bacillus subtilis og Shigella har en stærk nedbrydningsevne over for avermectin. Yderligere undersøgelser af disse to bakteriers nedbrydningsevne afslørede, at både Bacillus subtilis og Shigella under optimerede forhold har vist gode resultater i den faktiske nedbrydning. Sammenlignet med Bacillus subtilis har Shigella dog en lavere optimal nedbrydningstemperatur, hvilket er gavnligt for at reducere energiforbruget under den faktiske nedbrydning. Shigella er dog en almindelig patogen bakterie, der kan forårsage sekundær forurening, når man håndterer resterende avermectin i miljøet; Bacillus subtilis er en ikke-patogen bakterie, der ikke har nogen væsentlig indvirkning på miljøet og menneskers sundhed. Derfor kan den bruges direkte i behandlingsstrukturer uden behov for desinfektion, hvilket gør den sikrere, mere miljøvenlig og velegnet til praktiske anvendelser.