合肥工业大学 安徽合肥 230002
摘要：近年来，随着制药工业的兴起，在地表水甚至地下水中检测到了许多药物成分，抗生素对环境的潜在危害也开始引起越来越多的关注。其中，磺胺类药物是应用最广泛的抗生素，一般用于治疗细菌感染引起的疾病。此外，磺胺类药物被广泛用于畜牧业和家禽业[1-2]。由于该药物在使用过程中不能完全吸收，且用量往往远远超过要求量，在天然水体和城市污水处理厂出水中往往能检测到该药物的成分，导致磺胺类药物在天然水体中难以生物降解，并具有较长的降解周期[3]。磺胺类药物在环境中的残留会引起环境微生物之间的抗性基因的传播，而释放会导致许多抗生素无法用于治疗某些人类疾病。因此，这个问题已成为21世纪影响人类健康和安全的问题[4]。
关键词：磺胺类；抗生素；抗性基因；污染探讨；
目前已知抗生素的作用机制，主要是通过四个方面来影响细菌。一是影响细菌代谢过程从而影响细菌，且主要通过干扰细菌细胞壁的合成，二是影响细胞膜的通透性，破坏细胞膜的屏障作用。三是抑制相关蛋白质的合成，导致细菌丧失生长繁殖的物质基础。四是影响细菌叶酸及核酸代谢。而为何微生物会产生抗药性主要有五个方面。其一是抗生素渗透障碍。一些细菌体对某些特定的抗生素药物具有固有抗药性，可以通过自身细胞结构具有的相对不易穿透的细胞外膜，阻挡抗生素药物进入细菌体内发生作用，如大环内酯类抗生素难以穿透革兰氏阴性菌的外膜发挥作用。或者在抗生素选择压力下，细菌外膜上的某种特异多孔蛋白发生变异，使抗生素失去进入细菌细胞的通道。如不动杆菌属控制微孔蛋白的基因发生突变则可使之表达降低，表现在蛋白通道关闭或消失，形成高耐药性，且对抗菌药物的特异性差，在临床上呈现出多重耐药现象。还包括通过酶的作用把药物改变成易外渗的衍生物，把药物变成不能进入细胞的衍生物。其二是主动外排系统（外排泵）。近年来随着研究的不断深入，发现细菌中普遍存在主动外排系统，这种系统由于能将扩散进入细菌体内的抗生素分子主动排出细胞外，从而使细菌体内的抗生素药物浓度降到效应浓度之下。四环素抗性基因该机制是细菌抗药性最为重要的机制之一，不仅可以对某一种抗生素药物产生作用，而且还是一些细菌产生多重药物抗性的重要原因。其三是灭活酶或钝化酶的产生，细菌可产生破坏抗生素或使其失去抗菌作用的酶，使药物在作用于菌体之前即被破坏或灭活。细菌产生的灭活酶有多种，主要有β-内酰胺酶、氨基糖苷灭活酶、乙酰转移酶、酯酶等。其四是靶位的改变与保护：细菌通过改变靶位酶，使其不被抗生素所作用，也可通过改变靶位的生理重要性而导致对抗生素耐药。或者在保持抗生素结合部位蛋白的细胞功能完全不受影响的情况下，通过变异修饰其结构而使其失效，如细菌通过变异修饰旋转酶蛋白对链霉素产生抗性。其五是细菌的SOS反应，是指染色体DNA受到严重损伤时细胞做出的应激反应。DNA分子严重损伤时，正常的复制和修复系统无法完成DNA的复制，此时会启动应急反应。
磺胺类ARG的获得的内在原因有一是表达自身潜在的抗性基因，二是基因突变，三是ARG的垂直基因转移和水平基因转移。外在原因主要是磺胺类抗生素的存在为磺胺类ARG的产生扩散提供了环境压力，诱导作用。
ARG传播扩散，细菌既可以通过自身繁殖将ARG遗传给下一代，又可以通过质粒（plasmid）、整合子（integrons）、转座子（transposons）等可移动遗传因子以接合、转导、转化、融合方式从一种菌株转移到另一种菌株中，从而使后者获得该抗生素抗性。抗生素抗性基因的水平转移是细菌在抗生素药物的选择压力下长期进化的结果，也是细菌适应抗生素的主要分子机制之一。
AGR的水平转移的四种基因重组方式。
一是接合，定义为供体菌和受体菌通过抗性菌毛相互连接形成通道，携带抗性基因的DNA由供体菌进入受体菌的过程（可自主转移的质粒和接合性转座子）。通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，称为接合子（conjugant）。二是转化，是指抗性供体菌释放出的裸露抗性基因被处于感受态的受体菌摄入体内，并在受体菌内整合表达，使其获得抗性的过程；受体菌（recipient cell；receptor）直接吸收供体菌（donor cell）的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象，称为转化或转化作用。通过转化方式而形成的杂种后代，称转化子（transformant）。三是转导，是指借助于噬菌体将ARG由供体菌转移给受体菌的过程。通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞中的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。由转导作用而获得部分新性状的重组细胞，称为转导子（transductant）。四是融合，指的是通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程，称为原生质融合。由此法获得的重组子，称为融合子（fusant）。
处理磺胺类抗生素污染目前常见的方法，有物化法，高级氧化技术和生物法。在物化法中，简单的化学处理和树脂吸附是两种主要的处理手段。目前常见的高级氧化技术，如Fenton氧化法、TiO2光催化法、臭氧氧化法等，机理是产生的具有强氧化力的自由基将污染物质氧化分解。
目前磺胺类抗生素抗性基因处理技术主要有三种方法。水处理去除技术：生物处理工艺，如活性污泥法、滴滤池、膜生物反应器（MBR）和厌氧消化等工艺对废水中的ARG去除效率较高，但相对的，生物处理后，污泥中的ARG丰度增加。湿地法：对抗性基因有一定的截留作用，对污水和沉积物中的ARG都有良好的去除效果。消毒消毒处理工艺是通过杀死水中的细菌微生物，从而降低出水中的细菌总量，来达到去除ARG的目的。高级氧化（AOPs）：通过催化分解一些氧化剂，产生强氧化性的羟基自由基，具有破坏DNA的作用，可以灭活ARG。
参考文献：
[1]Ling Zhao，Yuan Hua Dong，Hui Wang.Residues of veterinary antibiotics in manures from feedlot livestock in eight provinces of China[J].Science of the Total Environment，2010，408（408）：1069-75.
[2]Jin-Lin Liu，Ming-Hung Wong.Pharmaceuticals and personal care products（PPCPs）：A review on environmental contamination in China[J].Environment International.2013，59（3）；208-24.
[3]CHANG H，HU J Y，WANG L Z，et al.Occurrance of sulfonamide antibiotics in sewage treatmentment plants[J].Chinese Sci Bull，2008，53（4）：514-20.
[4]SILVA LA，REIS-CUNHA J L，BARTHOLOMEU D C，et al.Genetic Polymorphisms and Phenotypic Profiles of Sulfadiazine-Resistant and Sensitive Toxoplasma gondii Isolates Obtained from Newborns with Congenital Toxoplasmosis in Minas