Влияние кишечной микрофлоры, резистентной к антибиотикам, и лекарственных препаратов на почвенный микробиом

Влияние кишечной микрофлоры, резистентной к антибиотикам, и лекарственных препаратов на почвенный микробиом

Автор: Коленчукова О.А., Коломейцев А.В., Ступина А.Н., Кравчук В.Ю., Макаров А.В., Ханипова В.А., Землянский Р.Д., Тимофеева А.С., Овсянкина С.В., Аболенцева П.А.

Журнал: Вестник Омского государственного аграрного университета @vestnik-omgau

Рубрика: Ветеринария и зоотехния

Статья в выпуске: 3 (55), 2024 года.

Бесплатный доступ

Цель статьи - изучение современного состояния проблемы влияния кишечной микрофлоры, резистентной к антибиотикам, и лекарственных препаратов, содержащихся в навозе обычных животноводческих ферм, на микробиом почвы, и распространения генов устойчивости к противомикробным препаратам (ARGs) в окружающей среде. Коллективом авторов проведен анализ 123 источников, опубликованных в период с 2000 г. по июнь 2024 г., 52 из них использованы при подготовке обзора. Анализ научной литературы показал существование очень разнообразных и отчетливо отличающихся сообществ микроорганизмов, содержащихся в свежих фекалиях и навозе. Обнаружено, что виды и резистентные бактерии кишечной микрофлоры человека и животных значительно увеличивались во время накопления фекалий. Учеными отмечено, что при использовании навоза в сельском хозяйстве ветеринарные препараты и биоциды попадают в окружающую среду, влияя на качество почвы и воды. В зависимости от граничных условий, таких как температура хранения, содержание сухого вещества, кормление животных и доступность акцепторов электронов, фармацевтические препараты и биоциды могут подвергаться дальнейшей трансформации. Таким образом, анализ научной литературы показал, что это одна из наиболее сложных тем с пробелами в знаниях, связанных с составом, развитием, распространением устойчивости или адаптацией и активностью микробного сообщества. В результате изучения обобщенных мониторинговых исследований можно сделать вывод: ветеринарные лекарственные препараты встречаются в навозе повсеместно. Концентрации сульфадиазина и хлортетрациклина в окружающей среде превышали прогнозируемые концентрации. Такие мониторинговые исследования весьма актуальны с точки зрения оценки экологического риска пищевой безопасности.

Еще

Навоз, кишечный микробиом, почвенный микробиом, антибиотики, резистентность

Короткий адрес: https://sciup.org/142242317

IDR: 142242317

Список литературы Влияние кишечной микрофлоры, резистентной к антибиотикам, и лекарственных препаратов на почвенный микробиом

  • Microbial community and functional diversity associated with different aggregate fractions of a paddy soil fertilized with organic manure and/or NPK fertilizer for 20 years / X. Chen, Z. Li, M. Liu [et al.] // J. Soils Sediments. 2015;15:292–301.
  • Tackling antibiotic resistance: the environmental framework / T.U. Berendonk, C.M. Manaia, C. Merlin [et al.] // Nat. Rev. Microbiol. 2015; 13: 310–317.
  • Precipitation influences pathogenic bacteria and antibiotic resistance gene abundance in storm drain outfalls in coastal sub-tropical waters / W. Ahmed, Q. Zhang, A. Lobos [et al.] // Environ. Int. 2018;116: 308–318.
  • The persistence of a broad range of antibiotics during calve, pig and broiler manure storage / B.J.A. Berendsen, J. Lahr, C. Nibbeling [et al.] // Chemosphere 204, 267–276. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018;04:042.
  • DADA2: high-resolution sample inference from Illumina amplicon data / B.J. Callahan, P.J. McMurdie, M.J. Rosen [et al.] // Nat. Methods. 2016;13:581–583. https://doi.org/10.1038/nmeth.3869.
  • Development and application of real-time PCR assays for quantification of erm genes conferring re-sistance to macrolides-lincosamides-streptogramin B in livestock manure and manure management systems / J. Chen, Z. Yu, F.C. Michel [et al.] // Appl. Environ. Microbiol. 2007; 73: 4407–4416. https://doi.org/10.1128/AEM.02799-06.
  • Reproducible, interactive, scalable and extensible microbiome data science using QIIME 2 / E. Bolyen [et all.] // Nat. Biotechnol. 2019;37: 852–857. https://doi.org/10.1038/s41587-019-0209-9.
  • Antibiotic resistance genes and bacterial communities in cornfield and pasture soils receiving swine and dairy manures / Z. Chen, W. Zhang, L. Yang [et al.] // Environ. Pollut. 2019; 248: 947–957. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.02.093.
  • Cryptococcus gattii urease as a virulence factor and the relevance of enzymatic activity in cryptococ-cosis pathogenesis / V. Feder, L. Kmetzsch, C.C. Staats [et al.] // FEBS J. 2015; 282: 1406–1418.
  • Akeda Y. Food safety and infectious diseases // J Nutrit Sci Vitaminol. 2015; 61(Suppl): S95.
  • The ins and outs of cyclic di-GMP signaling in Vibrio cholerae. Curr Opin Microbiol / J.G. Conner, D. Zamorano-Sanchez, J. H. Park [et al.] // 2017; 36: 20–29.
  • Almasaudi S.B. Acinetobacter spp. as nosocomial pathogens: epidemiology and resistance features // Saudi JBiol Sci. 2018; 25: 586–596.
  • Mathematical modelling of antimicrobial resistance in agricultural waste highlights importance of gene transfer rate / M. Baker, J.L. Hobman, C.E. Dodd [et al.] // FEMS Microbiol Ecol. 2016; 92: fiw040.
  • Grassmann F. Conduct and quality control of differential gene expression analysis using high-throughput transcriptome sequencing (RNASeq) // Methods Mol Biol. 2019; 1834: 29–43.
  • Phylosymbiosis: relationships and functional effects of microbial communities across host evolution-ary history / A.W. Brooks, K.D. Kohl, R.M. Brucker [et al.] // Plos Biol. 2017; 15: e1002587.
  • Antibiotic alternatives: the substitution of antibiotics in animal husbandry? / G. Cheng, H. Hao, S. Xie [et al.] // Front Microbiol. 2014; 5: 217.
  • Integrated wholegenome screening for Pseudomonas aeruginosa virulence genes using ultiple disease models reveals that pathogenicity is host specific / J.F. Dubern, C. Cigana, De Simone M. [et al.] // Environ Microbiol. 2015;17:4379–4393.
  • Dried manure solids as a bedding material for dairy cows / R. Blowey, J. Wookey, L. Russell [et al.] // Vet Rec. 2013; 173: 99–100.
  • The skin microbiome of the Common thresher shark (Alopias vulpinus) has low taxonomic and potential metabolic b-diversity / M.P. Doane, J.M. Haggerty, D. Kacev [et al.] // Environ Microbiol Rep. 2017; 9: 357–373.
  • Antimicrobial resistance: a global emerging threat to public health systems / M. Ferri, E. Ranucci, P. Romagnoli [et al.] // Crit Rev Food Sci Nutrit. 2017; 57: 2857–2876.
  • Pathogens transmitted in animal feces in low- and middle-income countries / M.J. Delahoy, B. Wodnik, L. Mcaliley [et al.] // Int J Hygiene Environ Health. 2018; 221: 661–676.
  • The melioidosis agent Burkholderia pseudomallei and related opportunistic pathogens detected in faecal matter of wildlife and livestock in northern Australia / A.C. Hager, M. Mayo, E.P. Price [et al.] // Epidemiol Infect. 2016; 144: 1924–1932.
  • The effect and fate of antibiotics during the anaerobic digestion of pig manure / J.A. Álvarez, L. Otero, J. Lema [et al.] // Bioresour Technol. 2010; 101(22):8581–8586.
  • Chronic impact of tetracycline on the biodegradation of an organic substrate mixture under anaerobic conditions / Z. Cetecioglu, B. Ince, M. Gros [et al.] // Water Res. 2013; 47(9):2959–2969 14.
  • The fate and effect of oxytetracycline during the anaerobic digestion of manure from therapeutically treated calves / O. Arikan, L.J. Sikora, W. Mulbry [et al.] // Process Biochem. 2006; 41(7):1637–1643.
  • Fate of antibiotics in food chain and environment originating from pigfattening (part 1) / M. Grote, A. Vockel, D. Schwarze [et al.] // Fresen Environ Bull. 2004; 13(11b):1216–1224.
  • Quantification of veterinary antibiotics (sulfonamides and trimethoprim) in animal manure by liquid chromatography–mass spectrometry / M.Y. Haller, S.R. Müller, C.S. McArdell [et al.] // J Chromatogr A. 2002; 952(1–2):111–120.
  • Fate of sulfadiazine administered to pigs and its quantitative effect on the dynamics of bacterial resistance genes in manure and manured soil. Soil Biol Biochem / H. Heuer, A. Focks, M. Lamshöft [et al.] // 2008; 40(7):1892–1900.
  • Karcı A., Balcıoğlu I.A. Investigation of the tetracycline, sulfonamide, and fluoroquinolone antimicrobial compounds in animal manure and agricultural soils in Turkey // Sci Total Environ. 2009; 407(16):4652–4664.
  • Kuchta S.L., Cessna A.J. Lincomycin and spectinomycin concentrations in liquid swine manure and their persistence during simulated manure storage //Arch Environ Contam Toxicol. 2009; 57(1):1–10.
  • Fate of tylosin a and its effect on anaerobic digestion using two tylosin inclusion methods / X. Wang, R. Guo, B. Ma [et al.] // Environ Prog Sustain Energy. 2014; 33(3):808–813.
  • Effect of the chlortetracycline addition method on methane production from the anaerobic digestion of swine wastewater / L. Huang, X. Wen, Y. Wang [et al.] // J Environ Sci China. 2014; 26(10):2001–2006.
  • Szatmári I., Laczay P., Borbély Z. Degradation of doxycycline in aged pig manure // Acta Vet Hung. 2011;59(1):1–10.
  • Stability of tetracycline in water and liquid manure / M. Kuhne, D. Ihnen, G. Moller [et al.] // J Vet Med A. 2000;47(6):379–384.
  • Determination of persistent tetracycline residues in soil fertilized with liquid manure by high-performance liquid chromatography with electrospray ionization tandem mass spectrometry / G. Hamscher, S. Sczesny, H. Höper [et al.] // Anal Chem. 2002; 74(7):1509–1518.
  • Höltge S., Kreuzig R. Laboratory testing of sulfamethoxazole and its metabolite acetyl-sulfamethoxazole in soil // Clean Soil Air Water. 2007;35(1):104–110.
  • Shelver W.L., Varel V.H. Development of a UHPLC–MS/MS method for the measureme 61nt of chlortetracycline degradation in swine manure. Anal Bioanal Chem. 2012; 402(5):1931–1939.
  • Biodegradation of tylosin residue in pharmaceutical solid waste by a novel Citrobacter amalonaticus strain. Environ Prog Sustain Energy / Y. Ma, L. Wang, L. Liu [et al.] // 2015; 34(1):99–104.
  • Behaviour of 14C-sulfadiazine and 14C-difloxacin during manure storage / M. Lamshöft, P. Sukul, S. Zühlke [et al.] // Sci Total Environ. 2010; 408(7):1563–1568.
  • Degradation kinetics and mechanism of antibiotic ceftiofur in recycled water derived from a beef farm / X. Li, W. Zheng, M.L. Machesky [et al.] // J Agric Food Chem. 2011; 59(18):10176–10181.
  • Environmental monitoring study of selected veterinary antibiotics in animal manure and soils in Austria / E. Martínez-Carballo, C. González-Barreiro, A. Scharf [et al.] // Environ Pollut. 2007;148(2):570–579.
  • Anaerobic transformation kinetics and mechanism of steroid estrogenic hormones in dairy lagoon water / W. Zheng, X. Li, S.R. Yates [et al.] // Environ Sci Technol. 2012; 46(10):5471–5478.
  • Development of an analytical methodology for the determination of the antiparasitic drug toltrazuril and its two metabolites in surface water, soil and animal manure / J. Olsen, E. Björklund, K.A. Krogh [et al.] // Anal Chim Acta. 2012; 755:69–76.
  • Residual veterinary antibiotics in swine manure from concentrated animal feeding operations in Shandong province, China / X. Pan, Z. Qiang, W. Ben [et al.] // Chemosphere. 2011;84(5):695–700.
  • Widyasari-Mehta A., Suwito H. R., Kreuzig R. Laboratory testing on the removal of the veterinary antibi-otic doxycycline during long-term liquid pig manure and digestate storage // Chemosphere. 2016; 149:154–160.
  • Veterinar antibiotic arückstande in Gülle und Gärresten aus Nordrhein-Westfalen / C. Ratsak, G. Barba-ra, Z. Sebastian [et al.] // Environ Sci Eur. 2013;25(1):1–11.
  • Schlüsener M.P., Bester K., Spiteller M. Determination of antibiotics such as macrolides, ionophores and tiamulin in liquid manure by HPLC–MS/MS // Anal Bioanal Chem. 2003;375:942–947.
  • Effect of anaerobic digestion temperature on odour, coliforms and chlortetracycline in swine manure or monensin in cattle manure / V. Varel, J. Wells, W. Shelver [et al.] // J Appl Microbiol. 2012;112(4):705–715.
  • Comparison of oxytetracycline degradation behavior in pig manure with different antibiotic addition methods / Y. Wang, G. Chen, J. Liang [et al.] // Environ Sci Pollut Res. 2015;22(23):18469–18476.
  • Fate of estrogen conjugate 17α-estradiol-3-sulfate in dairy wastewater: comparison of aerobic and anaerobic degradation and metabolite formation / W. Zheng, Y. Zou, X. Li [et al.] // J Hazard Mater. 2013; 258–259:109–115.
  • Use of veterinary drugs in intensive animal production evidence for persistence of tetracycline in pig slurry / C. Winckler, A. Grafe [et al.] // J Soil Sediment. 2001; 1(2):66–70.
  • Zhao L., Dong Y.H., Wang H. Residues of veterinary antibiotics in manures from feedlot livestock in eight provinces of China // Sci Total Environ. 2010; 408(5):1069–1075.
Еще
Статья обзорная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp