Распространение и пути поступления антибиотиков в почву

Распространение и пути поступления антибиотиков в почву

В настоящее время, экотоксичность антибиотиков в окружающей среде не изучена (Rooklidge, 2004; Sarmah et al., 2006; Radjenovic' et al., 2009; Du, Liu, 2012).

В последнее время научный интерес сосредоточился с одной стороны на изучении путей поступления, распространения и поведения антибиотиков в окружающей среде, с другой стороны на влиянии, которое они оказывают на другие организмы. Продолжительное воздействие антибиотиков может усилить отбор устойчивых штаммов бактерий (Kummerer, 2004). Установлена резистентность к антибиотикам микроорганизмов сточных (Iversen et al., 2002), поверхностных вод (Ash et al., 2002; Joy et al., 2013), питьевой воды (Schwartz et al., 2003), почвы (Burgos et al., 2005; Heuer et al., 2011). Анализ группы антибиотиков, таких как пенициллины, тетрациклины, хинолоны, макролиды, гликопептиды и другие в северной части Италии, показали, что эти антибиотики, являются широко распространенными загрязнителями окружающей среды (Zuccato et. al, 2010).

После использования антибиотиков для лечения животных, они выводятся из организма, либо в неизменном виде, либо в виде метаболитов, большая часть из которых остается биологически активными (Sarmah et al., 2006). Т.к. многие антибиотики водорастворимы, до 90% одной дозы выделяется с мочой и до 75% с экскрементами животных (Halling-Sprensen, 2001). В связи с этим, они представляют опасность других организмов в окружающей среде (Baguer, 2000). Антибиотики попадают в почву благодаря применению сточных вод и навоза на сельскохозяйственных землях в качестве удобрения (Schwartz et al., 2003; Renew, Huang, 2004; Gulkowska et al., 2008; Radjenovic' et al., 2009; Rosal et al., 2010; Yang et al., 2011; Zhou et al., 2011).

В настоящее время во многих странах в животноводстве и растениеводстве применяют большое количество антибиотиков, как для стимулирования роста животных, так и в профилактических целях. Использованные антибиотики передвигаются по пищевым цепочкам, накапливаясь в растениях, в частности овощах и фруктах. Антибиотики вместе с продуктами жизнедеятельности попадают в почву и воду, переносятся ветром и водяными потоками. Антибиотики попадают в почву как напрямую (при обработке фруктов и овощей антибиотиками), так и косвенным путем - вследствие использования антибиотиков в животноводстве в качестве пищевых добавок (Watkinson et al., 2009; Hu et. al, 2010; Zuccato et. al, 2010).

Сельскохозяйственные почвы co временем становятся устойчивыми к антибиотикам, а потом из сельскохозяйственных угодий антибиотики попадают в окружающие водоемы. Попадая в почву, антибиотики могут оказывать подавляющее действие на разные группы бактерий и препятствовать росту и развитию растений (Aust et al., 2010; Song et al., 2010; Chantziaras et al., 2014).

Анализ преодоления экологических барьеров на примере популяций сапротрофных и энтеропатогенных бактерий с устойчивостью к ампициллину, канамицину и рифампицину показывает транспорт микроорганизмов по замкнутой пищевой цепи: корм - кишечный тракт крупного рогатого скота - экскременты животных - почва - растения - животные (Куприянов и др., 2010). В этом процессе происходит активное инфицирование разных биотопов микроорганизмами, устойчивыми к антибиотикам.

Гены устойчивости к антибиотикам поступают в почвы при использовании органических удобрений с животноводческих ферм, причем в этом случае может происходить увеличение их количества на три порядка (Jane et al., 2003; Schmitt et al., 2004). Рост антибиотикоустойчивости в ландшафтах вблизи сельскохозяйственных ферм доказан. Так, гены устойчивости к тетрациклину перемещаются по маршруту: кишечный тракт животных -лагуны - ирригационные канавы - грунтовые воды - колодцы с питьевой водой (Chee-Scinford et al., 2001, 2009; Koike et al., 2007). Устойчивые к антибиотикам микроорганизмы выявлены в организме диких животных и птиц, которые не имели прямого контакта с антибиотиками (Dib et al., 2009).

Аналогичные проблемы возникают не только в случае с животноводством. Овощи и фрукты являются источником патогенных микроорганизмов, устойчивых к антибиотикам, когда последние применяются на разных стадиях их выращивания (Wright et al., 2007). Имеются результаты исследований устойчивости к антибиотикам среди молочнокислых бактерий, широко используемых в процессах приготовления разнообразных продуктов питания человека, кормов животных, а также в качестве пробиотиков. Эта группа микроорганизмов рассматривается как обширный и готовый к передаче патогенам резервуар генов антибиотикоустойчивости (Clementi, Aquilanti, 2011). В этом смысле быстрое увеличение и широкое распространение резистентности к антибиотикам является индикатором неблагополучия микробных сообществ.

Центральное ведомство по охране окружающей среды Германии исследовало масштаб применения антибиотиков в странах Евросоюза (ЕС). Оказалось, что основными потребителями антибиотиков являются отрасли животноводства, на первом месте свиноводство и птицеводство, а другие занимают второстепенные места. Антибиотики из группы тетрациклинов и сульфаниламидов наиболее часто применяются в борьбе с инфекциями животных и птиц. В отношении тетрациклинов и сульфаниламидов в странах ЕС до сих пор нет никаких экологических стандартов. Множество попыток сегодня предпринимается в этих странах с целью заполнить пробелы в научных знаниях о поведении и распространении антибиотиков в окружающей среде и в соответствии с этим знаниями внести изменения в законодательство (World Health Organization..., 2014). Из рисунка 1 следует, что основными источниками поступления антибиотиков в окружающую среду является фармацевтическая продукция, ветеринария и медицина человека. Сегодня различные концентрации антибиотиков обнаруживаются практически повсеместно.

Пути поступления антибиотиков в окружающую среду

Рис.1. Пути поступления антибиотиков в окружающую среду

Такая нагрузка антибиотиков, рассеянных в окружающей среде, может иметь важные последствия для экосистем и здоровья человека. Постоянное увеличение фоновых значений антибиотиков в экосистемах является важным негативным последствием их применения в сельском хозяйстве. Это связано с отсутствием в природе эффективного механизма трансформации синтетических антибиотиков, чуждых естественным средам.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >