氟喹諾酮類抗生素及耐藥基因污染控制的研究進(jìn)展

李柳 穆迎春 劉璐 張洪玉 徐錦華 楊臻 喬璐宋金龍

（1. 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 200120；2. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 100141；3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實驗室，北京 100141）

氟喹諾酮類抗生素屬于喹諾酮類抗生素，其化學(xué)結(jié)構(gòu)中具有喹諾酮的基本結(jié)構(gòu)和氟，故由此命名。該類藥通過直接與病原菌DNA的非配對堿基結(jié)合，抑制病原菌的DNA螺旋酶，阻礙DNA的超螺旋，使其超螺旋不完全，造成其染色質(zhì)不可逆受損，抑制其分裂增殖和生存，以此達(dá)到抑菌和殺菌作用［1］。常用的氟喹諾酮類抗生素包括環(huán)丙沙星、諾氟沙星、氧氟沙星和恩諾沙星。

氟喹諾酮藥物是一類人畜通用的抗生素，因其抗菌譜廣、殺菌力強(qiáng)、與其他抗菌藥物不易出現(xiàn)交叉耐藥性、價格低廉等特點(diǎn)，被廣泛用于人類和畜牧、水產(chǎn)等養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域中。然而氟喹諾酮類抗生素的大量使用，也引發(fā)了許多問題?，F(xiàn)如今，氟喹諾酮類抗生素主要通過制藥企業(yè)廢水、醫(yī)療行業(yè)廢棄物、畜牧業(yè)糞便及水產(chǎn)養(yǎng)殖用水等排放入自然環(huán)境［2］，且由于氟喹諾酮類抗生素化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在水中較難降解，故其在環(huán)境中保留持久，并不斷積累［3］，這使得其在環(huán)境中的殘留量不斷增加。該類藥物具有較強(qiáng)的生態(tài)毒性，其在環(huán)境中的富集會影響植物的生長和土壤的肥力［4］。水體環(huán)境中富集的氟喹諾酮類抗生素可進(jìn)入水生動物體內(nèi)，進(jìn)而引入食物鏈，最終影響人體。據(jù)實際案例分析，氟喹諾酮類抗生素存在有多方面的不良反應(yīng)，包括皮膚過敏、消化和呼吸系統(tǒng)損傷、存在神經(jīng)毒性等，危害人體健康［2］。《中華人民共和國農(nóng)業(yè)部公告第2292號》2015年明確規(guī)定，根據(jù)《獸藥管理條例》第六十九條規(guī)定，在食品動物中停止使用洛美沙星、培氟沙星、氧氟沙星、諾氟沙星等4種獸藥，撤銷相關(guān)獸藥產(chǎn)品批準(zhǔn)文號，但恩諾沙星、環(huán)丙沙星等作為批準(zhǔn)用藥仍廣泛用于畜牧、水產(chǎn)等養(yǎng)殖行業(yè)。

近年來，氟喹諾酮類抗生素在不同環(huán)境中頻繁被檢出，包括水環(huán)境、土壤和水生生物等中均有被檢出，且檢出率和檢出濃度均較高。據(jù)報道，氟喹諾酮類抗生素在我國的近海域中均有檢出，其中渤海中檢測平均濃度高達(dá)726 ng/L［5］；在我國的河流和湖泊中氟喹諾酮類抗生素殘留分布呈北高南低的趨勢，其中北方的大清河中氧氟沙星的含量呈現(xiàn)最大值16 952.5 ng/L［4］；在我國的飲用水源地中也檢測出此類藥物，2020年在南京市的飲用水源地中檢測出多種氟喹諾酮類藥物，其中環(huán)丙沙星含量達(dá)317.60 ng/L［6］；2020年石家莊市地表水和地下水中均檢測有該類藥物，結(jié)果顯示，地表水中濃度高于地下水，其中地表水中恩諾沙星的含量最高，達(dá)到1 675 ng/L［6］；在我國的農(nóng)田土壤中，氟喹諾酮類抗生素中恩諾沙星、諾氟沙星和環(huán)丙沙星的檢出濃度最高，平均值分別介于0-99.4、0-141.73、0-126.25 μg/kg，接近或高于引發(fā)生態(tài)毒性的限值100 μg/kg［7］；江蘇養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)斑點(diǎn)叉尾鮰中檢測出恩諾沙星和環(huán)丙沙星，且其含量超過最大殘余限量200 μg/kg［8］。因此，氟喹諾酮類抗生素在環(huán)境中存在大量殘留，并對環(huán)境和人類健康造成極大安全隱患，而有效地去除該類藥物殘留顯得尤為重要。

與光降解、化學(xué)氧化降解、電離輻射降解等物理和化學(xué)方法降解去除氟喹諾酮藥物殘留相比，微生物降解法存在顯著優(yōu)勢：成本低、操作簡易、對環(huán)境無損害、無二次污染等，使得微生物降解法成為一種極具潛力的氟喹諾酮類抗生素去除方式。近年來，有許多專家學(xué)者對該領(lǐng)域進(jìn)行了研究，氟喹諾酮類抗生素的微生物降解逐漸成為關(guān)注點(diǎn)。本文詳細(xì)介紹了近年來氟喹諾酮類抗生素微生物降解單株菌和混合菌系、微生物降解酶、降解途徑以及氟喹諾酮類抗生素的微生物處理方法等，以期為后續(xù)微生物降解氟喹諾酮類抗生素的研究提供參考。

1 氟喹諾酮類抗生素降解菌

1.1 降解氟喹諾酮類抗生素的單株菌

氟喹諾酮類抗生素的微生物降解，是利用微生物的代謝作用將氟喹諾酮類藥物完全礦化為小分子無害物質(zhì)，或?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無損傷的物質(zhì)，而篩選和分離能高效降解氟喹諾酮類抗生素的微生物是其中的重要部分。近年來，科研人員分別分離和鑒定了許多氟喹諾酮類抗生素降解菌株，并對其降解性能進(jìn)行了研究（表1）。由表1可看出，菌株中包括細(xì)菌和真菌，其中具有降解該類藥物能力的細(xì)菌來自蒼白桿菌屬（Ochrobactrum）、棲熱菌屬（Thermus）、慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、乳桿菌屬（Lactobacillus）、微球菌屬（Micrococcus）、葡萄球菌屬（Staphylococcus）、分支桿菌屬（Mycobacterium）、假單胞菌屬（Pseudomonas）、腸桿菌屬（Enterobacter）、腸球菌屬（Enterococcus）等，具有降解該藥物能力的真菌一般為白腐真菌、褐腐真菌、軟腐真菌三類。與細(xì)菌相比，真菌具有更強(qiáng)的高藥物濃度耐受性，并大多可降解多種氟喹諾酮類抗生素。?van?arová等［19］在研究一組白腐真菌對不同氟喹諾酮類抗生素的生物降解時表明，白腐真菌中Trametes versicolor和Irpex lacteus兩株菌在10 mg/L的抗生素初始濃度下，在10-14 d可基本完全降解環(huán)丙沙星、諾氟沙星和氧氟沙星。真菌相對于細(xì)菌所展現(xiàn)出來的一定優(yōu)勢，主要是由于真菌酶的非特異性，以及其強(qiáng)大的酶系。

表1 已報道的降解氟喹諾酮類抗生素的菌株Table 1 Reported strains that degrade fluoroquinolone antibiotics

續(xù)表（Continued）

此外，除分離得到常溫降解菌外，還分離得到了在較高溫環(huán)境下降解性能也較好的降解菌。Pan等［11］從抗生素制藥廠的污泥中分離出了一株嗜熱細(xì)菌Thermus thermophiles C419，可以在70℃左右的溫度下有效的降解環(huán)丙沙星，并對諾氟沙星、氧氟沙星和恩諾沙星等均表現(xiàn)出較好的降解效果。氟喹諾酮類抗生素在較高溫度下的微生物降解，有利于其在實際應(yīng)用中發(fā)揮優(yōu)勢，輔助熱環(huán)境和熱物質(zhì)中的氟喹諾酮類抗生素殘留降解。

1.2 降解氟喹諾酮類抗生素的菌群

在篩選和分離氟喹諾酮類抗生素高效降解菌株的同時，也有研究者對多株菌組成的混合菌群降解氟喹諾酮類藥物進(jìn)行了研究。Maia等［30］將Labrys portucalensis F11，Rhodococcus sp. FP1和Rhodococcus sp. S2三株菌混合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)該菌群在19 d內(nèi)可分別將10 mg/L的環(huán)丙沙星、諾氟沙星和氧氟沙星降解95.6%，96.1%，98.3%。構(gòu)建合適的高效降解復(fù)合菌群混合培養(yǎng)可通過協(xié)調(diào)代謝作用提高其對氟喹諾酮類抗生素的降解效率，且可能獲得細(xì)胞毒性較小的代謝產(chǎn)物。喻嬌等［10］通過階段馴化培養(yǎng)獲得了能高效降解環(huán)丙沙星的混合菌群HD-1，在14 d內(nèi)將10 mg/L的環(huán)丙沙星降解61%，并且相對于從菌群中分離出來的優(yōu)勢降解單菌Ochrobactrum sp.JOB，其降解效率提高了27%。Feng等［31］通過連續(xù)馴化構(gòu)建的高效降解環(huán)丙沙星的穩(wěn)定復(fù)合菌群XG，在14 d內(nèi)可將5 mg/L的環(huán)丙沙星降解61.4%，其相較于從該復(fù)合菌群中分離出來具有降解環(huán)丙沙星能力的單株菌Ochrobactrum sp. YJ17，在14 d內(nèi)將5 mg/L的環(huán)丙沙星降解34.3%，其降解效率有所提高。Gao等［21］發(fā)現(xiàn)諾氟沙星在P. chrysosporium和P. sanguineus混合培養(yǎng)情況下，其降解效果比用P.chrysosporium單獨(dú)降解效果好，其代謝產(chǎn)物的細(xì)胞毒性比用P. chrysosporium和P. sanguineus分別單獨(dú)降解產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物毒性低?，F(xiàn)今對于混合培養(yǎng)的協(xié)同代謝機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

總的來說，篩選和分離具有高效降解效果的降解菌，是微生物降解氟喹諾酮類抗生素的重要組成部分?，F(xiàn)如今分離得到的能夠完全降解氟喹諾酮類抗生素的高效降解菌株較少，對于環(huán)境高耐受的菌株及高效降解混合菌群也較少，且需進(jìn)一步研究微生物降解氟喹諾酮類抗生素的基因及酶系。

2 降解氟喹諾酮類抗生素的酶

微生物對于抗生素的降解，主要依賴于其胞內(nèi)酶和外分泌酶對抗生素的分解和修飾作用。目前，已研究并確定了多種在微生物降解氟喹諾酮類抗生素過程中起主要作用的酶類型（表2）。其中最常見的是胞內(nèi)細(xì)胞色素P450酶和胞外漆酶，這兩種酶也是白腐真菌強(qiáng)大酶系中對氟喹諾酮類抗生素起主要作用的酶［18］，白腐真菌因為其強(qiáng)大的非特異性酶系統(tǒng)而在污染物的降解方面起顯著優(yōu)勢［39］。除此之外，還在一些細(xì)菌和真菌中分離和純化了一些降解氟喹諾酮類抗生素相關(guān)酶，如氨基糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶、錳過氧化物酶、氯過氧化物酶和脫氫酶。每一種酶在降解氟喹諾酮類抗生素的過程中發(fā)揮的作用不一樣。

表2 降解氟喹諾酮類抗生素的酶Table 2 Enzymes degrading fluoroquinolone antibiotics

漆酶是一種細(xì)胞外藍(lán)色多銅氧化物酶，其主要通過對哌嗪取代基的氧化來降解氟喹諾酮類抗生素，但其需要在與介質(zhì)聯(lián)用的情況下才能發(fā)揮降解效果。Blánquez等［32］從 Streptomyces ipomoeae中分離出一種新型的堿性漆酶SilA，其在單獨(dú)使用時對環(huán)丙沙星和恩諾沙星沒有效果，而在與乙酰丁香酮作為介質(zhì)聯(lián)用時，對環(huán)丙沙星和恩諾沙星降解效果最高達(dá)92.9%和93.2%，并通過對其降解產(chǎn)物的分析，確定漆酶是通過對哌嗪基團(tuán)的氧化作用發(fā)揮作用。Ailette等［18］和Gao等［21］在研究微生物對氟喹諾酮類抗生素的降解機(jī)制時，也證實了漆酶在介質(zhì)存在下對于氟喹諾酮類抗生素的降解作用，但對于其具體作用機(jī)制的研究并沒有深入。

細(xì)胞色素P450酶主要通過哌嗪取代基的氧化、羥基化、脫羧和脫氟作用降解氟喹諾酮類抗生素。Prieto等［18］在研究Trametes versicolor對環(huán)丙沙星和諾氟沙星的降解作用時，使用細(xì)胞色素P450酶抑制劑抑制其酶活性，結(jié)果顯示兩種氟喹諾酮類抗生素降解受到抑制，說明該酶在這兩種氟喹諾酮類抗生素降解中起關(guān)鍵作用，并通過產(chǎn)物鑒定以及聯(lián)系細(xì)胞色素P450的性質(zhì)，確定該酶可氧化哌嗪取代基和對芳香環(huán)羥基化，并可能參與脫羧和脫氟過程。Gao等［21］在研究P. chrysosporium對于環(huán)丙沙星和諾氟沙星的降解時也同樣用到了細(xì)胞色素P450酶抑制劑，得到了相同的結(jié)果，并也通過產(chǎn)物鑒定確定了該酶是通過對哌嗪取代基的氧化而發(fā)揮作用。Qu等［15］在研究Lactobacillus reuteri WQ-Y1對氟喹諾酮類抗生素降解作用時，也確證了細(xì)胞色素P450酶的關(guān)鍵作用。

氨基糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶主要是通過哌嗪環(huán)上的N-乙?；瘜ΨZ酮類抗生素進(jìn)行降解。有研究發(fā)現(xiàn)，Escherichia coli對氟喹諾酮類抗生素敏感性下降、出現(xiàn)耐藥性新的機(jī)制是aac（6'）-Ib-cr編碼的氨基糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶對氟喹諾酮類抗生素的哌嗪環(huán)上的N-乙?；?7］。錳過氧化物酶并未知道其具體降解機(jī)制，僅有研究者證明其在氟喹諾酮類抗生素降解中發(fā)揮作用。Lueangjaroenkit等［34］從 Trametes polyzona KURNW027中分離純化了兩種錳過氧化氫酶，其可以在1 U/mL含量下在1 d使25 mg/L環(huán)丙沙星失活。?van?arová等［19］在研究 Irpex lacteus對氟喹諾酮類抗生素降解作用時，通過酶活性分析證實了錳過氧化氫酶參與降解過程。氯過氧化氫酶在氟喹諾酮類抗生素降解過程中表現(xiàn)為過氧化物酶活性，其在對諾氟沙星的降解中通過脫甲基、脫乙基、脫羧、脫氟反應(yīng)實現(xiàn)諾氟沙星的降解［38］。脫氫酶通過羥基化反應(yīng)參與降解。Fang等［16］在研究Paraclostridium sp.對環(huán)丙沙星的降解時，通過酶活性分析，證實了脫氫酶在降解過程中起主要作用，并通過產(chǎn)物分析，推斷了其是通過羥基化反應(yīng)實現(xiàn)降解環(huán)丙沙星。

在研究降解氟喹諾酮類抗生素的酶時，研究者大多僅證實了參與降解過程的酶，而對其酶的具體降解作用的深入研究較少，并且對其酶的研究還不夠具體。

3 氟喹諾酮類抗生素的降解途徑

現(xiàn)有報道的氟喹諾酮類抗生素的微生物降解途徑有多種，不同代表藥物的降解途徑因其支鏈基團(tuán)的不同而存在差異，但總體存在相似性（圖1）［40］。氟喹諾酮類抗生素的微生物降解途徑主要為：N-乙?；ùx為FQ-1）、哌嗪環(huán)的裂解（代謝為FQ-2，F(xiàn)Q-6，F(xiàn)Q-1.1，F(xiàn)Q-7.1，F(xiàn)Q-7.2）、脫羧（代謝為FQ-3）、脫氟（代謝為FQ-4）、羥基化（代謝為FQ-5，F(xiàn)Q-4.1）、哌嗪環(huán)去乙烯（代謝為FQ-6，F(xiàn)Q-1.1，F(xiàn)Q-7.1，F(xiàn)Q-7.2）、去甲基化（代謝為 FQ-8）?？偟膩碚f，氟喹諾酮類抗生素微生物降解以轉(zhuǎn)化和修飾為主，未破壞其氮雙并環(huán)基本結(jié)構(gòu)，未實現(xiàn)產(chǎn)物的完全礦化，部分代謝產(chǎn)物仍存在抗菌活性［41-43］。

圖1 細(xì)菌和真菌降解或轉(zhuǎn)化氟喹諾酮類抗生素的主要途徑Fig. 1 Main pathways of degrading or transforming fluoroquinolones by bacteria and fungi

氟喹諾酮類抗生素微生物降解途徑的差異主要取決于代表藥物取代基的不同及參與反應(yīng)的微生物的不同。不同氟喹諾酮類藥物因R基團(tuán)的差異，展現(xiàn)出不同的降解趨向；參與反應(yīng)的微生物不同，參與反應(yīng)的酶系不同，則催化的反應(yīng)不同，途徑也就不同。在研究真菌Xylaria longipes對環(huán)丙沙星的微生物轉(zhuǎn)化實驗中，在培養(yǎng)基中加入10 mg/L的環(huán)丙沙星培養(yǎng)10 d，測得有代謝產(chǎn)物脫乙烯環(huán)丙沙星、脫乙烯-N-乙酰環(huán)丙沙星、N-甲酰環(huán)丙沙星和N-乙酰環(huán)丙沙星4種，可判斷環(huán)丙沙星在Xylaria longipes作用下發(fā)生了哌嗪基的裂解、N-乙?；?、N-甲?；确磻?yīng)［41］。Liao等［44］發(fā)現(xiàn)一個主要由Gammaproteobacteria、Bacteroidia和 Betaproteobacteria組成的微生物群落，在以環(huán)丙沙星為唯一的碳源和氮源的情況下培養(yǎng)28 d后，對環(huán)丙沙星主要進(jìn)行4種途徑的降解，即哌嗪環(huán)的裂解、進(jìn)一步的喹啉環(huán)的破壞、羥基化和脫氟。由3種細(xì)菌菌株即Labrys portucalensis F11、Rhodococcus sp. FP1和Rhodococcus sp.組成的菌群，分別在加入10 mg/L的環(huán)丙沙星和加入10 mg/L的氧氟沙星的培養(yǎng)基中培養(yǎng)60 d，檢測中間代謝產(chǎn)物，表明其對于環(huán)丙沙星的降解主要為哌嗪基的裂解、羥基化、脫氟和脫羧，對氧氟沙星的降解主要脫甲基化［30］。Kim等［45］分離出的Microbacterium sp.菌株可降解諾氟沙星，在含30 mg/L諾氟沙星的培養(yǎng)基中培養(yǎng)21 d，其諾氟沙星降解代謝產(chǎn)物鑒定為8-羥基諾氟沙星，6-脫氟-6-羥基諾氟沙星，脫乙烯諾氟沙星和N-乙酰諾氟沙星，可判斷諾氟沙星的降解途徑為羥基化、脫氟、哌嗪基團(tuán)的脫乙烯化和N-乙?；?。Zhao等［46］用Lolium perenne L.降解恩諾沙星，其降解途徑主要為哌嗪環(huán)的裂解、羥基化、脫羧、甲基化以及喹啉環(huán)的裂解?？傊?，不同微生物作用及不同藥物，降解途徑存在特異性，但又存在總體規(guī)律，為后續(xù)氟喹諾酮類抗生素降解提供考據(jù)。

4 微生物降解氟喹諾酮類抗生素的實際應(yīng)用

微生物降解氟喹諾酮類抗生素是目前去除氟喹諾酮類抗生素環(huán)境殘留的一種有效方法，相較于光降解法、化學(xué)氧化還原降解法等降解方法具有成本低、原位修復(fù)和效率高等特點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用于實際的環(huán)境修護(hù)和廢水處理中。

4.1 活性污泥法

活性污泥法是國內(nèi)外常用于處理抗生素污水的一種微生物處理方法。因其工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定，常用于污水中氟喹諾酮類抗生素的處理。氟喹諾酮類抗生素在活性污泥中的去除以吸附為主微生物降解為輔，而其中水解等作用微乎其微［47］。

活性污泥法對水中微量ng/L級氟喹諾酮類抗生素的去除率最高可達(dá)91%［48］。溫度、pH、氧化還原條件、氧氣含量是影響活性污泥降解效率的主要因素，通常溫度對于吸附和降解的作用相反，升高溫度，微生物降解過程增強(qiáng)，而吸附作用則減弱［47，49］；而氧氣含量對于二者的作用則一致，有氧條件均有利于兩者作用，缺氧條件則相對較差［47］?；钚晕勰喾ㄈコ龔U水中的氟喹諾酮類抗生素需探索合適的反應(yīng)條件，以達(dá)到最好的降解效果。雖然活性污泥法具有較好的降解效果，也是目前實際應(yīng)用較多的方法，但其也存在一定的問題和局限性，如占地面積大，對高濃度殘留修復(fù)時易出現(xiàn)浮渣、泡沫、污泥膨脹等［50］。此外，該法降解過程較為緩慢，且氟喹諾酮類抗生素仍存在污泥沉積物中，無法完全去除，現(xiàn)今常與其他其他技術(shù)聯(lián)用來提高降解效率及進(jìn)一步處理污泥。

4.2 膜生物反應(yīng)器法

膜生物反應(yīng)器是將膜分離技術(shù)與微生物降解相結(jié)合的一項處理有機(jī)物污水的技術(shù)。其將膜分離的高效截留作用運(yùn)用到傳統(tǒng)的活性污泥法中，使其在反應(yīng)器中保持高的污泥濃度，提高其有機(jī)負(fù)荷，可有效地減少處理技術(shù)的占地面積，且膜組件還能有效地保留降解效率較高的微生物，提高其微生物降解效果［51］。這些都有效的改善了活性污泥法中存在的一些問題。

膜生物反應(yīng)器法對含氟喹諾酮類抗生素的廢水的處理，相較于活性污泥法有所提高，其對μg/L級氟喹諾酮類抗生素處理也較好。Dorival-García等［52］研究表明，在實驗室條件下，在適宜溫度和氧含量及高固體懸浮物含量的情況下，對于μg/L級氟喹諾酮類抗生素幾乎可以完全去除，且膜生物反應(yīng)器中的高固體懸浮物含量不僅促進(jìn)了污泥對于氟喹諾酮的吸附，還增強(qiáng)了微生物對于氟喹諾酮的降解。近年來，常規(guī)的膜生物反應(yīng)器中氟喹諾酮類抗生素被證實，主要以吸附占主導(dǎo)，微生物降解作用相對較弱［52］。但現(xiàn)今對于膜生物反應(yīng)器的發(fā)展已經(jīng)改善了這一現(xiàn)象。Xu等［53］研究表明，序批膜生物反應(yīng)器法對含50 μg/L氟喹諾酮類抗生素的廢水的處理，雖該藥物在污泥中的積累顯著，但其生物去除主要得益于微生物降解，這可能是序批膜生物反應(yīng)器中的好氧和缺氧條件交替進(jìn)行有助于氟喹諾酮類抗生素的微生物降解。

膜生物反應(yīng)器法處理氟喹諾酮類抗生素雖具有一定的優(yōu)勢，但也存在有許多的問題。如膜易受固體顆粒、大分子有機(jī)無機(jī)物、微生物聚合體堵塞及污染，影響處理效果，需定期更換膜、能耗高、處理后的污泥也需再處理等［54］。

5 總結(jié)與展望

本文綜述了對氟喹諾酮類抗生素具有降解作用的細(xì)菌和真菌，以及混合菌群；并對已報道的氟喹諾酮類抗生素降解酶及其作用機(jī)制進(jìn)行了歸納；對現(xiàn)已研究發(fā)現(xiàn)的氟喹諾酮類抗生素的降解途徑進(jìn)行了總結(jié)；最后，介紹了微生物實際應(yīng)用于氟喹諾酮類抗生素污染防治的常規(guī)方法。

目前能高效降解氟喹諾酮類藥物的單株菌較少，能在短時、高濃藥物情況下，對氟喹諾酮類抗生素進(jìn)行完全降解的單株菌較少，能夠同時對多種氟喹諾酮類抗生素進(jìn)行降解的菌株也較少；且對環(huán)境高耐受的菌株開發(fā)不足，目前僅分離得到在較高溫度（70℃）環(huán)境下可有效降解多種氟喹諾酮類抗生素的菌株［10］，但對于低溫、厭氧、高壓等極端環(huán)境下可耐受并具有降解能力的菌株開發(fā)短缺?？杉訌?qiáng)對于高效、廣譜的降解菌的篩選和分離，結(jié)合高通量篩選等新技術(shù)快速篩選高效降解菌株［55］，并嘗試調(diào)節(jié)環(huán)境因素，富集篩選環(huán)境高耐受性的菌株。

對于降解氟喹諾酮類抗生素混合菌群的研究現(xiàn)有報道較少，一般為利用氟喹諾酮類藥物馴化培養(yǎng)得到高效降解菌群，但對不同的微生物之間的相互作用及其機(jī)理并未做深入研究。可運(yùn)用一些組學(xué)技術(shù)，如宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等［56-57］，確定不同微生物之間的互作情況，有目的的優(yōu)化降解菌群，提高其降解效果。也可根據(jù)已知的高效降解單株菌的不同作用機(jī)制，利用營養(yǎng)互補(bǔ)、代謝分割等策略［58］，人工組合構(gòu)建合適的穩(wěn)定的可完全礦化氟喹諾酮藥物的高效降解菌群。

迄今為止，氟喹諾酮類抗生素降解酶的研究還有待深入，Qu等［15］在研究一株乳桿菌對環(huán)丙沙星的降解時，僅證實了細(xì)胞色素P450酶家族起關(guān)鍵作用，但并未明確確定是其家族中的哪一具體酶。且某些酶只能證實其參與降解過程，但未了解其具體作用機(jī)制［19，34］，對于微生物中編碼酶的基因深入研究也較少?？杉訌?qiáng)探索起作用的具體酶，可提取或體外合成，制成酶制劑等應(yīng)用于生物修護(hù)和醫(yī)療等方面；清楚酶的作用機(jī)制及其編碼基因，可利用基因工程構(gòu)建可降解多種氟喹諾酮類抗生素的高效降解菌。

目前微生物降解氟喹諾酮類藥物的代謝途徑還不夠明確，且降解未實現(xiàn)完全礦化［40，43］，可能產(chǎn)生毒性或抗菌活性更強(qiáng)的代謝產(chǎn)物，?van?arová等［19］使用了5種不同的真菌研究了環(huán)丙沙星的降解，在該研究中雖然環(huán)丙沙星可被I. lacteus和T. versicolor完全轉(zhuǎn)化，但在液體介質(zhì)中仍保留有高的殘留抗菌活性。而對于降解所產(chǎn)生的代謝中間體和代謝產(chǎn)物的毒理性和病理性研究較少?？杉訌?qiáng)對其代謝途徑機(jī)理的研究，并對中間代謝產(chǎn)物的抗菌活性和毒性進(jìn)行分析，判斷其對環(huán)境的風(fēng)險性；分析代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，結(jié)合合適的物理化學(xué)生物方法，實現(xiàn)代謝產(chǎn)物的再降解。

微生物降解氟喹諾酮類抗生素的實際應(yīng)用中存在有很多局限，如無法完全去除廢水中的藥物殘留、能耗高等?？蓛?yōu)化現(xiàn)存的方法，開發(fā)新型的處理設(shè)備，與其他技術(shù)聯(lián)用［59］；并探究新型的應(yīng)用途徑，如外源添加對氟喹諾酮類抗生素起降解作用的酶和對含氟喹諾酮類抗生素的廢棄物進(jìn)行預(yù)處理等。

最后，抗生素作為抑制微生物生長的化合物，其是否會引起耐藥性的傳播和擴(kuò)散問題引起了科研人員的關(guān)注。微生物耐藥是微生物對抗微生物藥物不敏感的現(xiàn)象，但有研究表明［60］，從人的腸道菌群中分離出來的4株Klebsiella pneumoniae和1株Escherichia fergusonii，能夠在低氯霉素初始濃度下利用氯霉素作為單一碳源生長，并降解氯霉素，但其藥敏性測試結(jié)果，即在較高氯霉素初始濃度下顯示對氯霉素敏感，說明微生物降解抗生素過程與微生物抗生素耐藥的途徑和機(jī)理大相徑庭。Barnhill等［61］評估了可利用抗生素生長且抗生素敏感的Salmonella的表型，也證明了可降解抗生素與抗生素耐藥是不對等的。所以尋找可降解氟喹諾酮類抗生素且對氟喹諾酮類抗生素敏感的降解菌可作為今后努力的方向。此外，也可以考慮從降解微生物中提取或克隆并重組表達(dá)具有降解活性的降解酶，進(jìn)一步制成酶制劑，從而在修復(fù)抗生素殘留的同時降低耐藥性傳播的風(fēng)險。