Исследование эффективности деградации авермектина двумя штаммами микроорганизмов Авермектин - типичный макролидный антибиотик, широко используемый в качестве ветеринарного препарата и играющий важную роль в животноводстве. С активным развитием животноводства спрос на антибиотики со стороны людей также растет с каждым днем. В настоящее время ежегодное производство и использование антибиотиков в Китае составляет около 189000 тонн, из которых большая часть применяется в животноводстве. На долю ветеринарных антибиотиков приходится более половины от общего количества антибиотиков, используемых в животноводстве. В 2010 году Китай обогнал Японию и США по объему сырья и использованию лекарственных препаратов для животных, став крупнейшим в мире потребителем лекарственного сырья для животных. Однако широкое использование антибиотиков может привести к серьезным последствиям. После попадания в организм некоторые ветеринарные антибиотики всасываются, а другие превышают пределы переносимости лечащимся скотом и выводятся из организма. С помощью миграции антибиотики переносятся в различные экосистемы, постоянно накапливаясь в воде и почве, что может повлиять на нормальное функционирование организмов в окружающей среде. Поэтому эффективная и простая обработка остатков антибиотиков в текущей среде для предотвращения дальнейшего вреда для организмов стала актуальной темой исследований.

В настоящее время основными методами обработки антибиотиков являются физическая адсорбция, расширенное окисление и микробная деградация. В связи с ростом осведомленности людей о защите окружающей среды микробная деградация стала одной из наиболее популярных технологий среди исследователей. В настоящее время известно, что микроорганизмы, способные разлагать авермектин, в основном включают Bacillus subtilis, Acinetobacter lwofi, Shigella, грибы белой гнили и т.д. Для деградации авермектина они обычно используют ферменты, разрушающие макролиды, которые вырабатываются в процессе метаболизма. Однако в большинстве исследований характеристики деградации микроорганизмов на авермектин изучаются только в однофакторных экспериментах без дальнейшего анализа с использованием ортогональной методологии или методологии поверхности отклика, что не позволяет точно определить оптимальные условия деградации. Поэтому в данном эксперименте в качестве репрезентативного антибиотика был использован авиламицин. Высокоэффективная жидкостная хроматография использовалась для измерения характеристик деградации Bacillus subtilis и Shigella на авиламицине при различных условиях температуры, pH, объема образца, объема штаммовой жидкости и времени культивирования. Методология поверхности отклика была использована для анализа характеристик деградации и получения оптимальных условий для штамма микроорганизмов для деградации авиламицина, чтобы обеспечить основу для практического применения микробной деградации авиламицина и других ветеринарных антибиотиков.

 

В последние годы, с постепенным развитием "зеленой" промышленности, использование микробных штаммов для деградации при обработке загрязнителей окружающей среды постепенно становится излюбленной темой для исследователей. Из-за плохой растворимости авермектина в воде, цикл его деградации при микробных методах деградации длиннее, чем у тетрациклина и β-лактамных антибиотиков, и обычно требуется более 15 дней для достижения эффекта деградации более 80%. Исследования показали, что только небольшое количество штаммов может разлагать авермектин более эффективно. Например, Burkholderia может разлагать около 80% авермектина в течение 48 часов, а термофильная Bacillus может достичь деградации 77,6% авермектинового стандарта в течение 72 часов. Поэтому изучение и скрининг конкретных штаммов бактерий полезны для дальнейшего развития методов микробной деградации.

Бактерии обычно разрушают макролидные антибиотики, метаболизируя их с образованием инактивирующих трансфераз. Эти инактивирующие трансферазы в основном делятся на макролидные эстеразы, 2'-гликозилфосфорилатные трансферазы MPH1 и гликозилфосфотрансферазы, которые могут способствовать фосфорилированию и гликозилированию молекулярных структур антибиотиков, в результате чего антибиотики теряют свои первоначальные свойства. Однако механизм деградации штаммов, обычно используемых для лечения антибиотиками, до конца не изучен, что также является сложной проблемой, которую исследователям необходимо решить сегодня. Между тем, в недавних исследованиях также сообщалось о некоторых штаммах, способных вырабатывать инактивирующие макролиды ферменты, но последующие испытания эффективности деградации не проводились, например, Mycoplasma pneumoniae, Streptococcus suis, Pseudomonas aeruginosa и др.
Исходя из текущего состояния исследований и существующих проблем, направления развития бактериальной деградации авермектина можно разделить на следующие пункты: ① Дальнейшее изучение механизма деградации авермектина микробными штаммами, что создает основу для отбора деградирующих штаммов. ② Путем отбора и комбинирования различных штаммов микроорганизмов можно добиться лучшего эффекта деградации Снижение производственных затрат, выбор доступных культуральных сред и культивирование штаммов с коротким производственным циклом Отбор штаммов, которые являются экологически чистыми и не подвержены вторичному загрязнению, может эффективно предотвратить вторичное загрязнение окружающей среды.
В эксперименте по скринингу штаммов Bacillus subtilis показал высокую скорость деградации авермектина - 21,76%; скорость деградации Shigella немного ниже, чем у Bacillus subtilis, и составляет 17,91%. Это указывает на то, что Bacillus subtilis и Shigella обладают сильной деградационной способностью по отношению к авермектину. Дальнейшее изучение эффективности деградации этих двух бактерий показало, что в оптимизированных условиях и Bacillus subtilis, и Shigella показали хорошие результаты в фактической деградации. Однако, по сравнению с Bacillus subtilis, Shigella имеет более низкую оптимальную температуру деградации, что благоприятно для снижения энергопотребления в процессе деградации. Однако Shigella является обычной патогенной бактерией, которая может вызвать вторичное загрязнение при работе с остатками авермектина в окружающей среде; Bacillus subtilis - непатогенная бактерия, не оказывающая значительного влияния на окружающую среду и здоровье человека. Поэтому ее можно непосредственно использовать в очистных сооружениях без необходимости дезинфекции, что делает ее более безопасной, экологичной и пригодной для практического применения.