抗生素污染现状及对环境微生态的影响

药　物　生　物　技　术

144Pharmaceutical Biotechnology 　2006, 13(2) :144～148

抗生素污染现状及对环境微生态的影响

王　兰

(南开大学环境科学与工程学院, 天津300071)

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摘　要　针对抗生素污染日益严重的现状, 对医用、饲用、农用和工业生产中抗生素污染对环境微生态所造成的影响进行了系统的分析, 从而辨证地认识其危害。

关键词　抗生素; 耐药; 微生态

中图分类号:X172　　　文献标识码:A　　　文章编号:100528915(2006) 0220144205

　　抗生素是一种以低微浓度即能抑制或影响它

种生物机能的化学物质。它的发现与应用, 在人类保健及动植物病虫害防治方面发挥了巨大的作用。但是, 随着其大量生产及应用, 来越严重。, , 道很少。

抗生素本身对人体细胞无害, 然而, 若滥用将令病源细菌产生抗药性, 从而使抗生素对其失去功效[1]。同时, 抗生素结构复杂, 具有较强的抑制细菌生长和杀灭细菌的作用, 属于难生物降解物质。所以, 一旦造成抗生素污染, 很容易在环境中富集, 诱导耐药菌株产生, 对环境微生态造成严重的影响。1　医用抗生素污染

量存在, [, , [3]。表现在, 细菌即可对它, 而且往往存在交叉耐药和多重耐药现象。据世界卫生组织调查[3], 在全球因感染造成的死亡病例中, 呼吸道疾病、感染性腹泻、麻疹、艾滋病、结核病占85%以上, 而引起这些疾病的病原体对一线药物的耐药性几乎是100%, 这也是最近肺结核在世界一些国家死灰复燃的原因之一。在我国, 一项对数座城市居民肺炎链球菌对青霉素耐药的调查显示, 其中广州居民的耐药程度达17%, 高于国内15%的平均水平, 而儿童的耐药率竟高达50%。在病人相对集中, 抗生素使用较为频繁的医院, 抗性菌株的数量更多明显高于院外。周福元[6]等分析了在某医院收集的45株阴沟肠杆菌对12种常用抗生素的耐药情况, 发现院内菌株有60%以上对羧苄青霉素、复方新诺明、氯霉素、头孢哌酮、头孢噻、头孢他啶等6种抗生素产生耐药性, 而院外菌株对这些抗生素有较高敏感性, 院内菌株具有高耐药率和多重耐药的特点。

此外, 抗生素滥用还可造成严重的过敏反应和毒副作用。据国家药品不良反应监测中心的报告, 我国每年有19. 2万人死于药品不良反应, 其中抗生素所造成的占2/3以上。在我国近2000万听力残疾者中, 有近80%的致聋原因属抗生素使用不当造成的。特别是对各种器官发育还不成熟的儿童, 这种危害则更为严重。例如许多抗生素都是通

医用抗生素被认为是目前抗生素污染的主要途径之一。医用抗生素的使用主要为医源性及家庭自备两种。据世界卫生组织调查显示, 目前我国住院患者抗生素药物使用率高达80%, 其中使用广谱抗生素和联合使用两种以上抗生素的占58%, 远远高于30%的国际水平。而家庭自备抗生素的也已达80%。与世界其它国家比, 我国已成为世界上滥用抗生素最为严重的国家之一。

抗生素污染对环境微生态可造成严重影响, 其滥用可造成抗生素普遍存在于环境中(尤其是土壤环境中) , 这对环境中细菌的生存造成压力。在长期的进化过程中, 抗生素耐药基因在细菌中已大

3收稿日期:2003212204　　修回日期:2004201209

作者简介:王兰, 女, 博士, 讲师, 主要从事环境生物学方面的研究。E 2mail :nkwanglan @163.

com

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过肝脏代谢的, 滥用抗生素就容易造成肝脏功能的损害, 又如氨基糖苷类抗生素容易造成儿童的耳聋

和肾损害; 喹诺酮类药物如环丙沙星等对儿童软骨有潜在损害; 氯霉素则可导致骨髓抑制和儿童灰色综合征。再者, 对儿童滥用抗生素, 最恶劣的影响是造成儿童体内正常菌群的破坏, 降低儿童机体抵抗力, 进而引起二重感染。还有, 滥用抗生素增加了药物引起人体过敏的机会。如最近新华社的消息, 儿童哮喘病的增多, 就与滥用抗生素有很大关系。

由此看来, 正是由于抗生素的滥用使得抗生素耐药基因在环境中大量存在, 从而对环境微生态造成严重影响。同时人们还发现细菌耐药基因的易传播性加剧了此影响[2,5～7]。在自然界, 抗生素耐药因子可以通过多种途径如土壤、食水、粪便物、植物、动物和人之间相互传递[4]丰富的微生物资源, 生, 。若某种, 则会给社会带来巨大的潜在危害。从微观上, 细菌耐药基因可以通过染色体介导, 更重要的是可以通过质粒(Plasmid ) [10]和转座子(Transpo so n ) 介导。耐药质粒可以通过转化、转导、接合、易位或转座等方式在菌群中相互传递而发生扩散, 它不但可以在同种间传播, 而且可以在不同种及致病和非致病菌间传播[11]。

日前, 哈尔滨医科大学校长杨宝峰教授提醒[5]:近年来在世界范围内发生的非典疫情, 再次为人类滥用抗生素敲响了警钟。虽然尚无确切流行病学证据证实, 此种感染人类的冠状病毒是由于人类滥用抗生素造成病毒基因变异的结果, 但目前人类滥用抗生素的现象及其造成的危害, 间接提示了这种可能性的存在。因此, 预见并高度重视滥用抗生素的危害对于我国抗击非典也具有重要意义。2　饲用抗生素污染

报道, 每年欧盟国家和美国消耗的抗生素总量中约有一半用于治疗或预防家畜疾病。而我国, 使用饲

用抗生素的现象也非常普遍, 总用量是惊人的。

饲用抗生素的促生长作用效果已无可非议[12], 就其作用而言, 抗生素不仅可以保证动物的健康状态, 保持良好的生产性能, 而且还可以限制病弱动物排泻的带菌粪便和分泌物内病原微生物的传播。

抗生素在饲料中的长期使用会造成药物残留和耐药基因的产生(包括动物致病菌和内在微生物菌群) [2,13], 而且动物间的粪便接触, 特别是大规模, 进而对。另外, 可分布于体内各个部分, 产蛋而进入乳、蛋中, 而在肉、蛋、乳, 残留的抗生素通过一般的食品烹饪方法不能完全使其分解, 从而对人产生毒副作用[12]。如在治疗乳牛乳房炎方面由于使用了过量抗生素, 使抗生素通过乳牛机体的血液在一定时间内残留于生牛奶中, 这对于经常饮用含有抗生素残留奶的人而言, 等于长期间接地吸收低剂量的抗生素, 从而可引起病原菌对多种抗生素产生耐药性。由于耐药性, 治疗牛乳房炎抗生素剂量越用越大, 因而残留在牛奶中抗生素的剂量也越来越高。长期饮用这种含较高量抗生素残留的牛奶可使寄生在人体中的正常菌群对抗生素敏感而受到抑制, 破坏菌群间相互制约, 扰乱了机体的内环境平衡, 造成菌群失调而不利于健康。而同时由于抗生素的长期使用也会使畜禽体内正常的微生物菌群遭到破坏, 造成机体免疫力下降, 使畜禽消化道菌群平衡失调导致胃肠道疾病的发生。另外, 某些抗生素的长期使用还会使动物致畸、致癌、致突变并有遗传的可能等[14]。

饲用抗生素的使用不仅会使抗生素通过食品进入人类食物链, 还会随家畜的排泄物大量进入农田, 被农作物吸收[15]。对瑞士一些农田的土壤分析时发现, 其中抗生素含量很高。尤其令人担心的是不易溶于水也不易分解的硫胺类药物。在抗生素含量高的环境中, 因基因变异而具有抗药性的细菌拥有特别强的生存优势, 经过淘汰和选择, 有可能培养出抗药菌株。据估计瑞士农田里的硫胺药物含量可能高达1公斤/公顷, 这足以促使大肠杆

目前大量的饲用抗生素作为饲料添加剂使用, 称之为抗菌生长促进剂(antimicrobial growt h p romoter ,A GP ) [2]。A GP 在使用时, 动物本身并无明确的病症, 目的也并不是为了治疗某种疾病, 而是为促进动物的生长, 提高畜禽生产效率。自20世纪50年代以来, 被广泛用在畜禽养殖中。据

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菌等细菌产生抗药性。

欧洲科学家在河流、小溪、地下水中, 发现各式各样包括抗生素的药物。农场附近或牲畜饲养场邻近水域的抗生素含量最高。这是由于部分未被牲畜完全消化的药物经由粪便排出体外, 随着废水和地下水流入河流, 污染邻近水源, 使水中的细菌对抗生素产生抗药性。人若喝下此污染水, 便可能会受到无惧抗生素的病菌感染, 得上难以根治之症。

耐药菌还可从动物向人体传递, 此项研究工作大多集中在沙门氏菌、弯曲杆菌和耶尔森氏菌(Yersi ni a s p p ) 所引起的革兰氏阴性菌食物感染。人们对从动物向人体传递的耐药沙门氏菌已经进行了多年检测, 发现在没有使用抗菌药物前, 尽管细菌质粒传递现象非常普遍[16,17], 但当时所分离物是敏感的。, 但最总之, , 动物长期使用抗生素不仅会增加动物致病菌的耐药性, 同时也增加动物体内菌群对这些药物的耐受性[18]。动物传染性细菌和肠道菌群的耐药基因可以通过直接与人体接触, 或是通过间接地食用这些动物来传递给人体。这些耐药细菌既可以在人体内定植, 也可以将其耐药基因传递给人体内源菌群。再则, 动物肠道菌群中耐药菌的数量越多, 这些耐药基因传递给致病菌的可能性愈大, 进而向环境中扩散的可能性愈大。

3　农用抗生素污染

在农业防治病、虫、草害方面发挥了巨大作用。抗生素在农业生产上的作用无庸质疑, 但由于人们对

抗生素功效的过度迷信及对农作物病虫害防治知识的不足, 我国普遍存在着滥用农用抗生素的现象。即在选用抗生素种类、施用剂量及用药时间等环节上存在着很多问题。其中, 突出的问题是施用抗生素种类多、剂量大。不少农民认为这样做保险系数大、防治效果好。岂不知, 这不仅浪费了药品、增加了支出, 而且还能引起药害, 降低产量。更严重的是加快了农作物致病菌耐药性的产生, 给作物病害的防治带来困难, 害。由于抗药性的产生, 非但不能解决, 同时也严重影响。如我国一直是蜂产品出口, 但2003年初, 欧盟以我国产蜂蜜所含氯霉素等抗生素超标为由, 中止进口中国的蜂蜜。欧盟国家的许多商场陆续将中国产蜂蜜撤下柜台, 停止出售; 已运抵欧盟国家的中国蜂蜜被执行退运, 甚至有的国家宣布销毁到岸的中国蜂蜜。目前, 日本、加拿大、美国等国家也加强对中国蜂蜜的检验。据大连海关统计, 仅今年1月至5月, 遭欧洲退运的大连出口蜂蜜达800多吨, 价值70多万美元, 这不但影响了我国的声誉, 也给农民造成了巨大的经济损失。

4　工业抗生素污染

利用抗生素防治植物病害, 很早就有人研究。最早在农业上大面积应用的抗生素要推链霉素、土

霉素及其混合液“农霉素”。它们对苹果、梨、胡桃、柑桔、烟草、蔬菜、豆类等植物的细菌性病害等有特效, 对少数真菌性病害如霜霉、疫霉等也有防治作用。杀稻瘟菌素是第一个在大面积上应用并得到十分成功的农用抗生素, 它曾在日本稻瘟病大流行的1963年发挥了巨大作用。

现在世界各国除致力于寻找防治细菌性和真菌性植物病害的抗生素外, 对抗病毒、抗衰老、杀虫甚至能除草的抗生素也很重视[19]。近些年来, 已开发了大量高效、低毒、低残留的农用抗生素, 它们

工业抗生素污染主要包括制药厂废水、废渣内

抗生素残留对环境的污染。

制药厂在抗生素生产过程中会产生大量的废水, 这些废水中不仅COD 、SS 高, 而且含有生产工艺产生的剩余中间产物、残留抗生素及有机溶剂等[20,21], 这类废水为有毒难降解的高浓度废水, 其废水在生化处理中对微生物的生长有强烈的抑制作用, 经生化处理后, 废水内残留的抗生素不能被完全降解, 排放至环境中对环境造成一定的污染。污泥是抗生素废水处理后的废弃物, 由于其吸附作用, 其内有部分抗生素残留, 因此也是不可忽视的污染源。

工业抗生素的另一个污染源是生产废渣。利用微生物生物合成抗生素所用的菌种以放线菌为主, 真菌次之, 细菌又次之。生产过程中会排放大

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量的废弃物(菌丝体) , 这些废弃物内含有丰富的营养物质及少量抗生素, 不加处理随意排放, 不但严

重污染环境, 也浪费了宝贵的资源。

50年代以来, 利用抗生素菌丝体废渣作为高蛋白饲料在世界许多国家广泛应用。我国也已于1980年开始了此项应用研究[22]。研究发现, 利用抗生素菌丝饲料具有双重作用, 一是促进生长; 二能对某些疾病起预防作用, 添加适量, 可提高畜禽的成活率和饲料利用率, 这可能与菌丝体内含微量的抗生素有关。为了防止菌丝体内抗生素残留可能导致的耐药基因产生, 不少学者对用菌丝体作为饲料持有疑义, 甚至瑞典、欧盟等一些国家作出在畜禽饲料中禁用抗生素菌丝的规定。我国制药工业发展迅速, 每年的抗生素菌丝体废渣多达几十万吨, 如何处理并合理利用, 还是一个急待解决的问题。

[2因为, 离出来的, 力。, 通常要进行菌株改造, 如利用突变来提高抗生素产量, 而同时, 该过程也是高水平耐药的诱变过程。在抗生素生产过程中, 相应的耐药基因随微生物的死亡释放出来, 和抗生素一起制成药品。而现在药品质量检定并不考虑DNA 含量。因此大量DNA 带入体内, 而质粒在细菌间穿梭时将该耐药基因带入体内细菌, 使细菌获得耐药性。而耐较新抗生素的细菌, 常耐多种不同药物。

工业抗生素污染除集中在制药厂外, 目前许多化工企业, 为了增加其产品的杀菌效果, 在所生产的工业或家庭用清洁卫生用品如洗涤剂、肥皂、洗澡液、清洁剂等中加入了一定量的抗生素, 使得工业抗生素污染的范围进一步扩大。

综前所述, 抗生素可通过多个途径进入环境, 特别是进入土壤环境以后, 可使土壤微生物区系发生变化。抗生素可诱导菌体内产生耐药基因, 又由于耐药基因的易传播性, 将极易产生高度耐药的多重耐药菌, 使土壤变成一个极大的耐药基因库[9]。如果耐药基因从非致病菌转入致病菌, 则可对人类造成相当大的危害。微生物产生耐药性的机理十分复杂, 其中由耐药性质粒(R 质粒) 通过接合、转导和转化在微生物间介导传播的耐药是目前研究的重点之一[5]。土壤中的某些菌群与人和动物

的肠腔微生物接近, 彼此密切接触, 为R 质粒在体内传递提供了良好的条件。R 质粒以接合传递方式传递耐药性在革兰阴性菌尤其是肠道杆菌中比较普遍, 甚至可导致耐药质粒在革兰阴性菌中的广泛流行。

在环境中, 细菌抗生素耐药基因的表达受相应抗生素的诱导, 抗生素的选择压力可以保持耐药基因的存在。如在许多细菌中, 亚抑菌浓度的红霉素可以诱导细菌红霉素耐药性的产生, 耐药性的产生伴随着RNA 甲基化酶而出现。四环素可以诱导龟裂链霉菌(S. ri mosus ) 和灰色链霉菌(S. g ri 2seus ) , 当加入的四环素由5L L , 4

倍。相反, 如果没有抗生素存, 细菌的耐药基因则会缓慢丢失[2]。

由此可见, 抗生素污染对环境微生态的影响是显而易见的, 但由于危害的隐蔽性, 人们对此研究还较少。就目前情况, 人们对环境抗生素污染的程度和范围并无系统研究, 其广泛的影响只是一种推测, 抗生素进入植物、动物或土壤后的迁移、转化、降解和对微生物生态方面的影响了解还不透彻, 还须进一步研究。

在医学抗感染领域, 因抗生素污染而产生的耐药菌已成为并列于艾滋病和耐多药结核菌的三大“顽敌”之一; 同时在农作物、畜产品、水产品等中因长期使用抗生素而造成的残留也非常突出。因此, 了解我国抗生素污染的现状, 了解其对环境生态所造成的危害, 控制和治理其污染是关系到人类生命健康和国民经济发展的大事。在实际工作中, 我们必须重视对产生抗生素污染的各个环节加以有效控制, 防止人类、农作物、畜禽、水产品滥用抗生素, 合理应用抗生素, 严格掌握用药原则, 对抗生素的使用进行宏观管理和控制; 加强对已出现的耐药菌进行动态耐药性监测[6,10,23], 做到心中有数, 防患于未然; 进行无副作用的绿色饲料添加剂的开发和应用[12,13,24]; 在工业上, 抗生素工业生产废渣在开发利用之前, 首先进行减少药物活性的加工处理; 废水及污泥在排放至环境以前也应进行针对所残留抗生素的灭活处理, 以防止因抗生素残留而造成的环境污染[25,26]。加强抗生素使用的控制, 以达到降低环境中抗生素的残留及耐药细菌的数量, 以

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逐步减少其向公共环境扩散的可能性。

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The Current Situ ation of Antibiotics Pollution and the E ffect on E nvi 2ronmental Microcosm

WAN G Lan

(S chool of Envi ronment al S cience and Engi neeri ng , N ankai Universit y , Ti anj i n 300071, Chi na )

Abstract 　Systematic analyses were carried out on t he effect of t he abuse of antibiotics on t he environ 2mental microco sm in t he medical t reat ment , animal husbandry , agricult ure and manufact ure in view of t he current sit uation of t he increasingly serious p roblem of antibiotics pollution. It is necessary for us to recognize t he problems dialectically.

K ey w ords 　Antibiotics , Pollution , Drug resistance , Microco sm