抗生素残留 造成的危机

华东理工大学、同济大学和清华大学的研究人员近期发表于《科学通报》上的一篇文章称，我国地表水中含有68种抗生素，且浓度较高，另外还有90种非抗生素类的医药成分被检出。其中一些抗生素在珠江、黄浦江等地的检出频率高达100%，有些抗生素检出的浓度高达每升几百纳克，工业发达的国家则小于每升20纳克。

　　我国每年大约生产1300种化学原料药及化妆品，其中药物及个人护理品（包括各种处方药、非处方药和化妆品等）年产量在3.3万吨以上，这可能是水环境中频繁检出高浓度抗生素等药物的重要原因。此外，我国是世界上滥用抗生素最严重的国家之一，我国药物产量的70%是抗生素，这个比例在西方国家只有30%。

　　抗生素来源的多样性

　　中国水体中抗生素残留浓度远高于国外有多种原因，除了医用抗生素的大量生产外，还有农用（包括畜牧业、农作物）抗生素的生产和使用。

　　一个普遍引用的数据是，中国每年生产抗生素原料大约21万吨，其中9.7万吨抗生素原料用于畜牧养殖业，占年总产量的46.1%。中国社会科学院对山东、辽宁的部分农村畜禽养殖户进行了调查，在被调查养殖户中，有50%养殖户在饲料里不同程度地添加了抗生素及其他药物。

　　除了人们防病治病和畜牧养殖业需要使用抗生素外，农作物的栽培也在使用医用抗生素，这是环境（包括水体、土壤和食物）中抗生素残留日益增多的另一个原因。例如，青霉素、链霉素和金霉素等都是人们熟知的医用抗生素，但是它们也被用于农作物的栽培。医用抗生素在作物生产上主要用于防治作物病害和调控作物的生长两个方面。

　　由于抗生素具有内吸杀菌的特点，因而被用来防治作物病害，这是现代植物病理学的一大进展和进步。另外，抗生素也可用于调控作物生长和发育。例如，青霉素水溶液处理黄瓜、玉米、水稻的种子可使这些作物中的α淀粉酶活性显著提高，这种作用主要是通过促进酶的合成而实现的。另外，青霉素通过促进叶绿素的合成和抑制其降解来提高作物叶片中叶绿素的含量，因而能延缓作物叶片及整个植株的衰老，增加植株光合作用能力和延长光合作用时间，提高作物产量。所以，医用抗生素也正在广泛应用于种植业。

　　另一方面农用抗生素的大量使用也让环境和生态中的抗生素残留逐渐增多。我国农用抗生素的研究始于20世纪50年代初期，是在医用抗生素研究基础之上逐渐发展起来的。现在，我国已相继研发出井冈霉素、多效霉素、公主岭霉素、农抗120、武夷菌素、中生菌素等农用抗生素。农用抗生素分为杀菌剂和杀虫剂两类，井冈霉素就是杀菌剂的代表。

　　杀虫剂类抗生素是一类利用微生物代谢产物来防治害虫的生物制剂。中国研发的抗生素类杀虫剂有杀蚜素、浏阳霉素、韶关霉素、南昌霉素和梅岭霉素等。

　　医用、农用和养殖业对抗生素日益广泛的使用造成了今天抗生素残留大量滞留于水体和土壤，这又是从几种途径实现的。

　　一是抗生素使用后残留部分直接滞留在环境中，例如，对作物施用杀虫和杀菌抗生素后，抗生素直接残留于水体、土壤和食物（作物果实）上。二是人和牲畜使用抗生素后排泄到环境中，即从尿液、粪便和汗液中排出，再通过下水道进入污水处理厂，或直接排入江河、湖泊和海洋中。三是人们丢弃抗生素和其他药物，使环境中残留抗生素。例如，人们把未使用的药品冲进厕所、丢入垃圾之中后，经过土壤渗入水源，最终进入到水循环系统。四是抗生素和其他药品通过游泳、淋浴、洗衣等方式进入水循环系统，进而残留在环境中。

　　抗生素残留的危害

　　人们早就知道，滥用抗生素会造成巨大的危害。例如，中国每年有20万人死于药物不良反应，其中40%的人与滥用抗生素有关。中国有60%的失聪儿童是滥用链霉素导致的。但是，人们对于环境中抗生素残留的危害还认识不足。不过，世界卫生组织最近再次提出，抗生素残留于环境首先对人类会造成巨大的危机，也即产生抗生素耐药性。

　　2014年4月30日世界卫生组织发布的《抗生素耐药：全球监测报告》指出，造成血液感染（败血症）、腹泻、肺炎、尿道感染和淋病等常见严重疾病的7种不同细菌对抗生素的耐药性正在日益增加。世界卫生组织卫生安全事务助理总干事福田敬二博士称，“如果没有众多利益攸关方的紧急协调行动，世界就会迈向后抗生素时代，多年来可治疗的常见感染和轻微伤痛可再一次置人于死地”。

　　例如，碳青霉烯类抗生素是对付常见的肺炎克雷伯菌引起的威胁生命感染的有效药物和最后的治疗手段，但是肺炎克雷伯菌对这种抗生素的耐药性已传播到全世界所有地区。肺炎克雷伯菌感染包括肺炎、血液感染、新生儿和重症监护室患者感染等。由于耐药性的产生，有些国家碳青霉烯类抗生素对半数以上接受治疗的肺炎克雷伯菌感染患者无效。

　　氟喹诺酮类药物是最广泛用于治疗大肠杆菌引起的尿道感染的抗生素之一，但细菌对这种药物的耐药性也已非常广泛。这种药物最初在19世纪80年代开始采用时，耐药性几乎为零。今天，世界上许多国家的这种药物治疗对半数以上的患者无效。作为淋病最后治疗手段的第三代头孢菌素在奥地利、澳大利亚、加拿大、法国、日本、挪威、南非、斯洛文尼亚、瑞典和英国等已经无疗效，但是，世界各地每天有不少人感染淋病。

　　抗生素耐药不仅延长了患病时间，而且增加了死亡的危险。例如，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）感染患者与非耐药性感染患者相比，死亡的可能性要高64%。耐药性还加大了卫生保健的成本，因为住院时间较长并需要更多的重症监护。

　　那么，细菌耐药是如何发生的呢？现在，大量的研究发现，广泛而大量使用的多种抗生素使得细菌不仅对药物具有了耐药性，而且能把这种耐药性相互传递，从而让多种细菌产生耐药性。这又是通过基因水平转移实现的。在演化的过程中，有些细菌大约有1/4的基因组是通过基因水平转移获得的，其中就包括耐药基因。细菌通过从外界获得大片段的DNA分子，可以在很短的时间里产生基因组的多样性。耐药性菌株的产生就依赖于耐药基因的水平转移。通过耐药基因的水平转移，细菌可以通过多种方式耐受抗生素。例如，细菌可以产生灭活酶来抵御抗生素。细菌产生的β-内酰胺酶可以让青霉素类药物失效；细菌还能产生磷酸转移酶、乙酰转移酶等，可使链霉素、卡那霉素、庆大霉素等氨基甙类抗生素失去活性。细菌还可以生成盔甲，以阻止抗生素进入细菌体内，从而抗御抗生素。细菌还可以堵塞生物通道以抗御抗生素，如让细胞膜通透性降低，或增厚细胞壁，使抗生素难以进入细菌体内。同时，细菌还可以通过生物泵把抗生素排出体外，让抗生素无法发挥作用。

　　最重要的是，耐药基因的水平转移可以在多个方面产生，即在人类、宠物、家养动物、野生动物、农作物、野生植物、食物和自然环境之间多方面转移。

　　抗生素残留对环境和生态的影响

　　大量的抗生素滞留在水体、土壤和植被中不仅对人造成影响，而且会对其他生物和环境造成影响。遗憾的是，现在对这些方面的研究和认识还不足。总体而言，抗生素滞留在环境中有多种出路，它们会在土壤、水和沉积物中重新分配，经过吸附、水解、光降解、微生物降解（有氧和无氧降解）和植物降解等一系列过程发生迁徙和转化。如果抗生素能够被土壤或沉积物吸附，并且被多种因素降解，则对环境造成的影响或危害不会太大，反之就会影响或危害环境和生态。

　　例如，吸附是抗生素在土壤环境中迁徙和转化的重要过程，在很大程度上取决于抗生素和土壤的特性。不同的抗生素的性质、代谢途径及使用剂量不同，在环境中的转移也不一样。抗生素在土壤中的转移主要取决于自身的光稳定性、键合、吸附特性、淋洗和降解速率等。不同种类的抗生素由于结构和特点不同，其吸附能力有较大差异。一般而言，弱酸、弱碱性和亲脂性类抗生素与土壤有较好的亲和力，在土壤中不易迁徙。

　　例如，土壤对恩诺沙星具有较强的吸附作用，残留在土壤中的恩诺沙星主要被吸附在固体颗粒上，不容易释放和随水迁徙。四环素类如金霉素、土霉素和强力霉素与土壤和沉积物有较强的吸附力，大环内酯类抗生素如泰乐菌素和阿维菌素以及氟喹诺酮类药物对表层土壤矿物质也有明显的吸附能力。当然，抗生素的吸附能力还与土壤类型、pH值等有关，一种抗生素在不同的土壤中的吸附系数差异很大。四环素类抗生素在土壤中的吸附能力随土壤或沉积物pH值的增加而降低。

　　水解同样是抗生素在环境中降解的一种重要途径，如果能充分水解，则抗生素污染环境的程度会降低。抗生素的水解又与环境中的pH值有关。在各类抗生素中，头孢菌素类抗生素在酸性、碱性和中性条件的水环境中都能发生水解反应。β-内酰胺类、大环内酯类和磺胺类也都容易溶于水而发生水解。但大环内酯和磺胺类在pH值为7的中性条件下水解慢，而且活性较低。β-内酰胺类在弱酸性至碱性条件下降解速度都比较快。

　　另外，生物降解也可以极大减少抗生素残留对环境的影响，生物降解包括植物降解和微生物降解，这两者都对抗生素的降解至关重要。被生物降解的抗生素可以转化为生物体的组成部分或是最终转化为没有生物毒性的无机或有机小分子。

　　许多微生物，如光合菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌、发酵丝状菌、芽孢杆菌、枯草杆菌、硝化细菌、酵母等都对抗生素有降解作用。在微生物作用下，抗生素残留的结构发生改变，导致抗生素化学和物理性质发生改变，将抗生素残留从大分子化合物降解为小分子化合物，最后生成水和二氧化碳，可以实现环境的无害化。

　　其实，耐药细菌的出现就是对抗生素效力的降解，一方面可能造成对人类的不利，如药物失效，另一方面却可能保护环境和生态，让抗生素不会大量和广泛地杀灭其他微生物，所以这是一个矛盾的两个方面。

　　对待抗生素的态度

　　抗生素的大量制造和使用具有双重效果，抗生素既有利于人，但也对人不利，同时可能破坏环境和生态，因此现在人类处于两难境地。解决这个两难问题其实可以归纳到两个方面：一是减少对抗生素的生产和使用，二是寻找抗衡抗生素负作用的措施。

　　世界卫生组织对于减少使用抗生素已经提出了多种方法。例如，从改善卫生，获取干净的水，以卫生保健设施控制感染，以及接种疫苗等多方面着手，减少对抗生素的需求。只有在确实需要时才开出处方和使用抗生素，处方开出的抗生素必须适用于治疗的疾病等。公众只有当医生开出处方时才能使用抗生素。

　　但是，抗生素对环境和生态的影响现在研究得比较少，因而人们还感觉不到这种影响最终会通过什么样的途径反作用于人类社会。当然，一个总的原则是，如果环境和生态受到抗生素滥用的破坏，人类最终会品尝到后果。

　　不过，对于减少抗生素残留对环境的影响现在也有了一些研究结果，并有多种启示。例如，利用一些植物来降解抗生素。有研究人员发现，通过栽培两种植物可以有效去除水体中的青霉素。

　　水生植物大漂和凤眼莲对水体中抗生素残留的清除有重要作用。在系列高浓度（10微克～50微克/毫升）抗生素的条件下，凤眼莲去除水中盐酸金霉素与盐酸土霉素的效果优于大漂；对于采集的污水（抗生素浓度2.5微克/毫升），培养72小时后，大漂和凤眼莲对盐酸四环素的去除率分别达80%和90%以上，对氨苄青霉素的去除率分别达80%和70%以上。大漂和凤眼莲对4种抗生素（氨苄青霉素、盐酸四环素、盐酸土霉素和盐酸金霉素）污染的水体均表现出不同程度的修复功能，特别是凤眼莲效果更佳，可作为去除水体抗生素污染的首选植物。

　　【责任编辑】张田勘