Loại bỏ kháng sinh và vi khuẩn kháng kháng sinh trong nước nuôi tôm

Fe (VI) được cho là có khả năng làm bất hoạt vi khuẩn, virus; loại bỏ kim loại, giảm hàm lượng các sản phẩm phụ gây ung thư trong quá trình khử trùng.

Ngoài ra, Fe (VI) có khả năng loại bỏ kháng sinh và vi khuẩn kháng kháng sinh trong môi trường nước nuôi tôm, đặc biệt là nhóm kháng sinh có chứa phenol. Fe (VI) thương mại ở dạng muối kali của FeO₄^2- (K₂FeO₄), được sử dụng như một hóa chất xử lý nước trong ao nuôi tôm.

Fe (VI) phân hủy kháng sinh

Fe (VI) (FeO₄^2-) được dùng để xử lý ba loại kháng sinh oxytetracycline (OTC), enrofloxacin (ENR) và amoxicillin (AMX); những loại kháng sinh này được cho là sử dụng phổ biến trong ao nuôi tôm. 

Ở nước khử ion, việc loại bỏ từng loại kháng sinh trong số ba loại kháng sinh được tăng lên khi tăng liều lượng Fe (VI), đồng thời với từng loại kháng sinh khác nhau thì khả năng khử của Fe (VI) cũng khác nhau. Cụ thể, Fe (VI) loại bỏ hoàn toàn OTC ở nồng độ 5,0 μM, nhưng đối với kháng sinh ENR và AMX Fe (VI) nồng độ 10 μM vẫn không loại bỏ hoàn toàn. Tuy nhiên, việc loại bỏ kháng sinh trong nước nuôi tôm có đặc điểm khác hơn ở nước khử ion, Fe (VI) liều thấp 1,0 μM đã loại bỏ hoàn toàn OTC và ENR.

Sự tăng cường khả năng loại bỏ kháng sinh của Fe (VI) sẽ bị chi phối bởi một số thành phần tự nhiên của nước nuôi trồng thủy sản và cấu trúc phân tử của chính kháng sinh. Cụ thể, kháng sinh OTC chứa các nguyên tố phenol giàu điện tử, điều này sẽ giúp gia tăng phản ứng với Fe (VI), do đó dẫn đến việc loại bỏ hoàn toàn kháng sinh OTC, còn cấu trúc hóa học của AMX và ENR bị chi phối bởi các nhóm anken và amin. Thêm vào đó, các thành phần như carbon hữu cơ và bicacbonat trong nước tự nhiên có khả năng giúp Fe (VI) ổn định hơn 0074rong quá trình loại bỏ kháng sinh (Jiang và ctv., 2015). Đặc biệt, ion bicarbonate đã được chứng minh là làm thay đổi phản ứng giữa Fe (VI) và kháng sinh sulfonamide, tăng cường quá trình oxy hóa các kháng sinh sulfonamide (Luo và ctv., 2019). Điều đó cũng lý giải được tại sao không có sự gia tăng trong việc loại bỏ AMX giữa nước nuôi tôm và nước loại bỏ ion của Fe (VI).

Sản phẩm tôm nuôi nếu có dư lượng kháng sinh không được phép sử dụng sẽ bị cấm tiêu thụ và xuất khẩu. Ảnh geographical.co

Fe (VI) loại bỏ vi khuẩn kháng kháng sinh trong nước nuôi tôm

Sự khử hoạt tính của vi khuẩn kháng kháng sinh là 0,33 và 0,88 log lần lượt đạt được ở 50 và 200 μM Fe (VI) sau hơn 20 phút. Đồng thời, khi giảm pH từ 7,5 xuống 5,0 và duy trì nồng độ Fe (VI) ban đầu ở 200 μM và thời gian tiếp xúc 10 phút, độ giảm log của ARB tăng từ 0,51 lên 1,18; xu hướng tương tự đã được quan sát trong 20 phút thời gian tiếp xúc. Do đó, Fe (VI) sẽ phân hủy vi khuẩn kháng kháng sinh nhanh hơn ở pH thấp hơn. Như vậy, Fe (VI) có khả năng loại bỏ vi khuẩn kháng kháng sinh trong nước nuôi tôm, khi liều lượng và thời gian tiếp xúc càng cao thì hiệu quả càng cao. Ngoài ra, liều lượng Fe (VI) còn được biết đến trong sự tương quan với sự toàn vẹn của màng tế bào vi khuẩn kháng kháng sinh và hoạt động hô hấp của chúng (Zhang và ctv., 2021).

Ngoài ra, việc làm giảm vi khuẩn mang gen kháng kháng sinh như blaTEM và ortA trong nước nuôi trồng thủy sản cũng được khảo sát. Kết quả cho thấy mức độ cao của vi khuẩn kháng kháng sinh đề kháng với Fe (VI) và sự giảm số lượng bản sao của hai gen kháng kháng sinh này trong nước nuôi trồng thủy sản đã qua xử lý không khác biệt có ý nghĩa (p ≤ 0,05) so với nước nuôi trồng thủy sản không được xử lý. Nhưng kết quả này chứng minh cho giả thuyết liều lượng Fe (VI) cao hơn sẽ có hiệu quả vô hiệu hóa cả vi khuẩn kháng kháng sinh và gen kháng kháng sinh trong nước nuôi thủy sản. 

Như vậy, hiệu quả loại bỏ kháng sinh của Fe (VI) vẫn phụ thuộc vào các đặc tính của kháng sinh mục tiêu và các thành phần có trong môi trường nước. Cụ thể, kháng sinh chứa phenol bị oxy hóa triệt để hơn (OTC - oxytetracycline) so với kháng sinh chứa amin (ENR - enrofloxacin và AMX - amoxicillin). Fe (VI) cũng loại bỏ vi khuẩn kháng kháng sinh hiệu quả hơn ở pH có tính axit so với pH trung tính. Nhìn chung, các kết quả cho thấy rằng ứng dụng Fe (VI) là một chiến lược khả thi để giảm các rủi ro tiềm ẩn do kháng sinh, vi khuẩn kháng kháng sinh và gen kháng kháng sinh gây ra trong nước nuôi trồng thủy sản.

Nguồn: Suyamud, B. và ctv. (2021). Antibiotic resistant bacteria and genes in shrimp aquaculture water: Identification and removal by ferrate(VI). Journal of Hazardous Materials