Az avermectin lebontási teljesítményének vizsgálata két mikrobatörzs által Az avermectin egy tipikus makrolid antibiotikum, amelyet általában állatgyógyászati gyógyszerként használnak, és fontos szerepet játszik az állattenyésztésben. Az állattenyésztés erőteljes fejlődésével az emberek antibiotikum iránti igénye is napról napra nő. Jelenleg az antibiotikumok éves termelése és felhasználása Kínában mintegy 189000 tonna, amelynek nagy részét az állattenyésztésben alkalmazzák. Az állategészségügyi antibiotikumok használata az állattenyésztésben felhasznált antibiotikumok összmennyiségének több mint felét teszi ki. 2010-ben Kína megelőzte Japánt és az Egyesült Államokat az állatgyógyászati nyersanyagok és a felhasználás tekintetében, és a világ legnagyobb állatgyógyászati nyersanyag felhasználójává vált. Az antibiotikumok kiterjedt használata azonban súlyos következményekkel járhat. A szervezetbe jutva egyes állatgyógyászati antibiotikumok felszívódnak, míg mások meghaladják a kezelt állatállomány tűréshatárát, és kiválasztódnak a szervezetből. A vándorlás segítségével az antibiotikumok különböző ökoszisztémákba kerülnek, folyamatosan felhalmozódnak a vízben és a talajban, ami befolyásolhatja a környezetben élő szervezetek normális működését. Ezért a jelenlegi környezetben lévő antibiotikum-maradványok hatékony és egyszerű kezelése a szervezetek további károsodásának megelőzése érdekében forró kutatási témává vált.

Jelenleg az antibiotikumok kezelésének fő módszerei közé tartozik a fizikai adszorpció, a fejlett oxidáció és a mikrobiális lebontás. Mivel az emberek körében egyre inkább tudatosul a környezetvédelem, a mikrobiális lebontás a kutatók által kedvelt technológiává vált. Jelenleg az avermectint lebontani képes mikroorganizmusok között elsősorban a Bacillus subtilis, az Acinetobacter lwofi, a Shigella, a fehérrothadásos gombák stb. szerepelnek. Ezek általában az anyagcsere során keletkező makrolid lebontó enzimeket használják az avermectin lebontására. A legtöbb tanulmány azonban csak a mikroorganizmusok avermectinre vonatkozó lebontási jellemzőit vizsgálja egytényezős kísérletekkel, ortogonális vagy válaszfelület-módszertannal történő további elemzés nélkül, és nem tudja pontosan meghatározni az optimális lebontási feltételeket. Ezért ebben a kísérletben az avilamicint használtuk reprezentatív antibiotikumként. Nagy teljesítményű folyadékkromatográfiát használtunk a Bacillus subtilis és a Shigella avilamicinre vonatkozó lebontási jellemzőinek mérésére különböző hőmérséklet, pH, mintatérfogat, törzsfolyadék térfogata és tenyésztési idő mellett. Válaszfelület-módszertant alkalmaztunk a lebontási jellemzők elemzésére és az avilamicin lebontásához szükséges optimális feltételek meghatározására a mikrobatörzsek számára, annak érdekében, hogy megalapozzuk az avilamicin és más állatgyógyászati antibiotikumok mikrobiális lebontásának gyakorlati alkalmazását.

 

Az elmúlt években a zöld ipar fokozatos fejlődésével a mikrobiális törzsek használata a környezeti szennyező anyagok lebontására a környezetszennyezők kezelésében fokozatosan a kutatók kedvelt témájává vált. Az avermectin rossz vízoldékonysága miatt a mikrobiális lebontási módszerekben a lebontási ciklusa hosszabb, mint a tetraciklin és a β - laktám antibiotikumoké, és általában több mint 15 napot vesz igénybe a 80% feletti lebontási hatás elérése. A kutatások kimutatták, hogy csak néhány törzs képes az avermectint hatékonyabban lebontani. A Burkholderia például 48 óra alatt körülbelül 80% avermectint képes lebontani, a termofil Bacillus pedig 72 óra alatt 77,6% avermectin standard bontási sebességet képes elérni. Ezért a specifikus baktériumtörzsek tanulmányozása és szűrése hasznos a mikrobiális lebontási módszerek továbbfejlesztése szempontjából.

A baktériumok általában úgy bontják le a makrolid antibiotikumokat, hogy inaktiváló transzferázok termelésével metabolizálják azokat. Ezek az inaktiváló transzferázok főként makrolid-észterázokra, 2'-glikozil-foszforilát-transzferázokra MPH1 és glikozil-foszfotranszferázokra oszthatók, amelyek elősegíthetik az antibiotikum molekuláris szerkezetének foszforilációját és glikozilációját, ezáltal az antibiotikumok elveszítik eredeti tulajdonságaikat. Az antibiotikum-kezeléshez általánosan használt törzsek lebontási mechanizmusát azonban nem vizsgálták teljes mértékben, ami szintén nehéz probléma, amelyet a kutatóknak ma meg kell oldaniuk. Eközben a közelmúltban végzett tanulmányok beszámoltak néhány olyan törzsről is, amelyek képesek makrolid inaktiváló enzimeket termelni, de nem végeztek későbbi lebontási teljesítményvizsgálatokat, mint például a Mycoplasma pneumoniae, Streptococcus suis, Pseudomonas aeruginosa stb.
A jelenlegi kutatási helyzet és a meglévő problémák alapján az avermectin bakteriális lebontásának fejlesztési iránya a következő pontokra osztható: ① Az avermectin mikrobiális törzsek általi lebontásának mechanizmusának további kutatása, amely alapot nyújt a lebontó törzsek szűréséhez. ② A különböző mikrobiális törzsek szűrésével és kombinálásával jobb lebontási hatások érhetők el A termelési költségek csökkentése, megfizethető táptalajok kiválasztása és rövid termelési ciklusú törzsek termesztése A környezetbarát és másodlagos szennyezéstől mentes törzsek kiválasztásával hatékonyan megelőzhető a környezet másodlagos szennyezése.
A törzsszűrési kísérletben a Bacillus subtilis magas, 21,76% lebontási arányt mutatott az avermectinre; a Shigella lebontási aránya valamivel alacsonyabb, mint a Bacillus subtilisé, 17,91%. Ez azt jelzi, hogy a Bacillus subtilis és a Shigella erős lebontási képességgel rendelkezik az avermectin felé. E két baktérium lebontási teljesítményének további vizsgálata azt mutatta, hogy optimalizált körülmények között mind a Bacillus subtilis, mind a Shigella jó teljesítményt mutatott a tényleges lebontásban. A Bacillus subtilishez képest azonban a Shigella alacsonyabb optimális lebontási hőmérséklettel rendelkezik, ami előnyös a tényleges lebontás során az energiafogyasztás csökkentése szempontjából. A Shigella azonban egy gyakori patogén baktérium, amely másodlagos szennyezést okozhat a környezetben lévő avermectinmaradványok kezelése során; a Bacillus subtilis egy nem patogén baktérium, amely nem gyakorol jelentős hatást a környezetre és az emberi egészségre. Ezért fertőtlenítés nélkül közvetlenül felhasználható a kezelőszerkezetekben, ami biztonságosabbá, környezetbarátabbá és gyakorlati alkalmazásra alkalmasabbá teszi.