Untersuchung der Abbauleistung von Avermectin durch zwei Mikrobenstämme Avermectin ist ein typisches Makrolid-Antibiotikum, das häufig als Tierarzneimittel eingesetzt wird und in der Tierhaltung eine wichtige Rolle spielt. Mit der rasanten Entwicklung der Tierhaltung steigt auch der Bedarf an Antibiotika beim Menschen von Tag zu Tag. Derzeit beläuft sich die jährliche Produktion und Verwendung von Antibiotika in China auf etwa 189000 Tonnen, von denen ein großer Teil in der Tierhaltung eingesetzt wird. Der Einsatz von Antibiotika in der Tiermedizin macht mehr als die Hälfte des gesamten Antibiotikaeinsatzes in der Tierhaltung aus. Im Jahr 2010 hat China Japan und die Vereinigten Staaten in Bezug auf den Verbrauch von Rohstoffen für Tierarzneimittel überholt und ist nun der weltweit größte Verbraucher von Rohstoffen für Tierarzneimittel. Der übermäßige Einsatz von Antibiotika kann jedoch schwerwiegende Folgen nach sich ziehen. Nachdem sie in den Organismus gelangt sind, werden einige Veterinärantibiotika absorbiert, während andere den Toleranzbereich der behandelten Tiere überschreiten und aus dem Körper ausgeschieden werden. Mit Hilfe der Migration werden Antibiotika in verschiedene Ökosysteme übertragen und reichern sich kontinuierlich in Wasser und Boden an, was das normale Funktionieren von Organismen in der Umwelt beeinträchtigen kann. Daher ist die effiziente und einfache Behandlung von Antibiotikarückständen in der heutigen Umwelt, um weitere Schäden für Organismen zu verhindern, zu einem wichtigen Forschungsthema geworden.

Zu den wichtigsten Methoden zur Behandlung von Antibiotika gehören derzeit die physikalische Adsorption, die fortgeschrittene Oxidation und der mikrobielle Abbau. Aufgrund des zunehmenden Bewusstseins der Menschen für den Umweltschutz ist der mikrobielle Abbau zu einer bevorzugten Technologie unter Forschern geworden. Zu den derzeit bekannten Mikroorganismen, die Avermectin abbauen können, gehören hauptsächlich Bacillus subtilis, Acinetobacter lwofi, Shigella, Weißfäulepilze usw. Sie verwenden in der Regel Makrolid-abbauende Enzyme, die vom Stoffwechsel produziert werden, um Avermectin abzubauen. In den meisten Studien werden die Abbaueigenschaften von Mikroorganismen auf Avermectin jedoch nur anhand von Einzelfaktorexperimenten untersucht, ohne dass eine weitere Analyse unter Verwendung der orthogonalen Methode oder der Response-Surface-Methode durchgeführt wird, so dass die optimalen Abbaubedingungen nicht genau bestimmt werden können. Daher wurde in diesem Versuch Avilamycin als repräsentatives Antibiotikum verwendet. Mit Hilfe der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie wurden die Abbaueigenschaften von Bacillus subtilis und Shigella auf Avilamycin unter verschiedenen Temperatur-, pH-, Proben- und Stamm-Flüssigkeitsvolumen- sowie Kultivierungszeitbedingungen gemessen. Mit Hilfe der Response-Surface-Methode wurden die Abbaueigenschaften analysiert und die optimalen Bedingungen für den Abbau von Avilamycin durch den Mikrobenstamm ermittelt, um eine Grundlage für die praktische Anwendung des mikrobiellen Abbaus von Avilamycin und anderen Veterinärantibiotika zu schaffen.

 

In den letzten Jahren, mit der allmählichen Entwicklung der grünen Industrie, ist die Verwendung von Mikrobenstämmen für den Abbau bei der Behandlung von Umweltschadstoffen allmählich ein beliebtes Thema für Forscher geworden. Aufgrund der schlechten Wasserlöslichkeit von Avermectin ist sein Abbauzyklus bei mikrobiellen Abbaumethoden länger als der von Tetracyclin und β-Lactam-Antibiotika, und es dauert in der Regel mehr als 15 Tage, um eine Abbauwirkung von über 80% zu erreichen. Untersuchungen haben gezeigt, dass nur eine kleine Anzahl von Stämmen Avermectin effizienter abbauen kann. So kann Burkholderia etwa 80% Avermectin innerhalb von 48 Stunden abbauen, und der thermophile Bacillus erreicht innerhalb von 72 Stunden eine Abbaugeschwindigkeit von 77,6% Avermectin Standard. Daher ist die Untersuchung und das Screening spezifischer Bakterienstämme für die weitere Entwicklung mikrobieller Abbaumethoden von Vorteil.

Bakterien bauen Makrolid-Antibiotika im Allgemeinen ab, indem sie sie unter Bildung inaktivierender Transferasen verstoffwechseln. Diese inaktivierenden Transferasen lassen sich hauptsächlich in Makrolid-Esterasen, 2'-Glykosylphosphorylat-Transferasen MPH1 und Glykosylphosphotransferasen unterteilen, die die Phosphorylierung und Glykosylierung von Antibiotika-Molekülstrukturen fördern können, wodurch die Antibiotika ihre ursprünglichen Eigenschaften verlieren. Der Abbaumechanismus von Stämmen, die üblicherweise zur Antibiotikabehandlung eingesetzt werden, ist jedoch noch nicht vollständig erforscht, was ebenfalls ein schwieriges Problem darstellt, das die Forscher heute lösen müssen. In der Zwischenzeit haben neuere Studien auch über einige Stämme berichtet, die in der Lage sind, Makrolid inaktivierende Enzyme zu produzieren, aber es wurden keine anschließenden Tests zur Abbauleistung durchgeführt, wie z.B. Mycoplasma pneumoniae, Streptococcus suis, Pseudomonas aeruginosa, usw.
Basierend auf dem aktuellen Forschungsstand und den bestehenden Problemen kann die Entwicklungsrichtung des bakteriellen Abbaus von Avermectin in folgende Punkte unterteilt werden: ① Weitere Erforschung des Mechanismus des Abbaus von Avermectin durch Bakterienstämme als Grundlage für das Screening von Abbaustämmen. ② Durch das Screening und die Kombination verschiedener Mikrobenstämme können bessere Abbaueffekte erzielt werden Senkung der Produktionskosten, Auswahl erschwinglicher Kulturmedien und Kultivierung von Stämmen mit kurzen Produktionszyklen Die Auswahl von Stämmen, die umweltfreundlich und frei von Sekundärverschmutzung sind, kann die Sekundärverschmutzung der Umwelt wirksam verhindern.
Im Stamm-Screening-Experiment zeigte Bacillus subtilis eine hohe Abbaugeschwindigkeit von 21,76% für Avermectin; die Abbaugeschwindigkeit von Shigella ist mit 17,91% etwas niedriger als die von Bacillus subtilis. Dies deutet darauf hin, dass Bacillus subtilis und Shigella ein starkes Abbauvermögen für Avermectin haben. Die weitere Untersuchung der Abbauleistung dieser beiden Bakterien ergab, dass sowohl Bacillus subtilis als auch Shigella unter optimierten Bedingungen eine gute Leistung beim tatsächlichen Abbau zeigten. Im Vergleich zu Bacillus subtilis weist Shigella jedoch eine niedrigere optimale Abbautemperatur auf, was sich positiv auf den Energieverbrauch während des tatsächlichen Abbaus auswirkt. Shigella ist jedoch ein häufig vorkommendes pathogenes Bakterium, das beim Umgang mit Avermectin-Rückständen in der Umwelt eine sekundäre Verschmutzung verursachen kann; Bacillus subtilis ist ein nicht pathogenes Bakterium, das keine nennenswerten Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit hat. Bacillus subtilis ist ein nicht pathogenes Bakterium, das keine nennenswerten Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit hat und daher direkt in Behandlungsanlagen eingesetzt werden kann, ohne dass eine Desinfektion erforderlich ist.