Распространение антибиотикорезистентности в почве при ее обработке компостами, содержащими окситетрациклин и гены устойчивости к нему
Н.В. Данилова1, П.А. Курынцева1, М.Ш. Тагиров2, П.Ю. Галицкая1, С.Ю. Селивановская1
1Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия
2Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства ФИЦ Казанский научный центр РАН, г. Казань, 420059, Россия
DOI: 10.26907/2542-064X.2019.3.395-407
Для цитирования: Данилова Н.В., Курынцева П.А., Тагиров М.Ш., Галицкая П.Ю., Селивановская С.Ю. Распространение антибиотикорезистентности в почве при ее обработке компостами, содержащими окситетрациклин и гены устойчивости к нему // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2019. – Т. 161, кн. 3. – С. 395–407. – doi: 10.26907/2542-064X.2019.3.395-407.
For citation: Danilova N.V., Kuryntseva P.A., Tagirov M.Sh., Galitskaya P.Yu., Selivanovskaya S.Yu. Spreading of antibiotic resistance as a result of soil fertilization by manure composts containing oxytetracycline and antibiotic-resistant genes. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2019, vol. 161, no. 3, pp. 395–407. doi: 10.26907/2542-064X.2019.3.395-407. (In Russian)
Аннотация
Вследствие активного применения антибактериальных препаратов в животноводстве остатки антибиотиков и гены устойчивости к ним поступают в почвы при ее удобрении навозами и компостами. В работе оценивали поступление генов антибиотикорезистентности в почву при ее удобрении компостами, содержащими окситетрациклин (ОТС) и гены устойчивости к тетрациклинам. Для этого были исследованы следующие смеси в течение 35 сут: а) почва, обработанная чистым компостом, б) почва, обработанная компостом, содержащим 300 мг/кг ОТС, в) почва, обработанная компостом, содержащим гены антибиотикорезистентности. В почве после обработки компостами увеличилось количество бактерий и грибов, причем наибольшие изменения численности бактерий отмечены для почвы, обработанной компостом с ОТС. Внесение в почву компостов с антибиотиком и генами устойчивости tet(M) и tet(X) привело к формированию у почвенных микроорганизмов антибиотикорезистентности с наибольшим количеством копий генов на 5–7-е сутки: в среднем 3.31·106 и 7.77·106 копий/г соответственно. Оба гена, tet(M) и tet(X), но в меньшем количестве, были выявлены в почве с чистым компостом на 14–21-е сутки.
Ключевые слова: антибиотики, окситетрациклин, антибиотикорезистентность, гены устойчивости, компост, ПЦР в реальном времени
Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 18-29-25054).
Литература
1. Bouki C., Venieri D., Diamadopoulos E. Detection and fate of antibiotic resistant bacteria in wastewater treatment plants : A review // Ecotoxicol. Environ. Saf.– 2013.– V. 91, No 5. – P. 1–9. – doi: 10.1016/j.ecoenv.2013.01.016.
2. Naquin A., Shrestha A., Sherpa M., Nathaniel R., Boopathy R. Presence of antibiotic resistance genes in a sewage treatment plant in Thibodaux, Louisiana, USA // Bioresour. Technol. – 2015. – V. 188. – P. 79–83. – doi: 10.1016/j.biortech.2015.01.052.
3. Sarmah A.K., Meyer M.T., Boxall A.B. A global perspective on the use, sales, exposure pathways, occurrence, fate and effects of veterinary antibiotics (VAs) in the environment // Chemosphere. – 2006. – V. 65, No 5. – P. 725–759. – doi: 10.1016/j.chemosphere.2006.03.026.
4. Thiele-Bruhn S., Beck I.C. Effects of sulfonamide and tetracycline antibiotics on soil microbial activity and microbial biomass // Chemosphere. – 2005. – V. 59, No 4. – P. 457–465. – doi: 10.1016/j.chemosphere.2005.01.023.
5. Fang H., Han Y., Yin Y., Pan X., Yu Y. Variations in dissipation rate, microbial function and antibiotic resistance due to repeated introductions of manure containing sulfadiazine and chlortetracycline to soil // Chemosphere. – 2014. – V. 96. – P. 51–56. – doi: 10.1016/j.chemosphere.2013.07.016.
6. Halling-Sørensen B., Nors Nielsen S., Lanzky P.F., Ingerslev F., Holten Lützhøft H.C., Jørgensen S.E. Occurrence, fate and effects of pharmaceuticals substance in the environment – A review // Chemosphere. – 1998. – V. 36, No 2. – P. 357–393. – doi: 10.1016/s0045-6535(97)00354-8.
7. Hammesfahr U., Heuer H., Manzke B., Smalla K., Thiele-Bruhn S. Impact of the antibiotic sulfadiazine and pig manure on the microbial community structure in agricultural soils // Soil Biol. Biochem. – 2008. – V. 40, No 7. – P. 1583–1591. – doi: 10.1016/j.soilbio.2008.01.010.
8. Reichel R., Rosendahl I., Peeters E.T.H.M., Focks A., Groeneweg J., Bierl R., Schlichting A., Amelung W., Thiele-Bruhn S. Effects of slurry from sulfadiazine-(SDZ) and difloxacin-(DIF) medicated pigs on the structural diversity of microorganisms in bulk and rhizosphere soil // Soil Biol. Biochem. – 2013. – V. 62. – P. 82–91. – doi: 10.1016/j.soilbio.2013.03.007.
9. Zhang T., Zhang M., Zhang X., Fang H.H. Tetracycline resistance genes and tetracycline resistant lactose-fermenting enterobacteriaceae in activated sludge of sewage treatment plants // Environ. Sci. Technol. – 2009. – V. 43, No 10. – P. 3455–3460. – doi: 10.1021/es803309m.
10. Wu X., Wei Y., Zheng J., Zhao X., Zhong W. The behavior of tetracyclines and their degradation products during swine manure composting // Bioresour. Technol. – 2011. – V. 102, No 10. – P. 5924–5931. – doi: 10.1016/j.biortech.2011.03.007.
11. Kemper N. Veterinary antibiotics in the aquatic and terrestrial environment // Ecol. Indic. – 2008. – V. 8, No 1. – P. 1–13. – doi: 10.1016/j.ecolind.2007.06.002.
12. Dolliver H., Noll S.L. Antibiotic degradation during manure composting // J. Environ. Qual. – 2008. – V. 37, No 3. – P. 1245–1253. – doi: 10.2134/jeq2007.0399.
13. Ramaswamy J., Prasher S.O., Patel R.M., Hussain S.A., Barrington S.F. The effect of composting on the degradation of a veterinary pharmaceutical // Bioresour. Technol. – 2010. – V. 101, No 7. – P. 2294–2299. – doi: 10.1016/j.biortech.2009.10.089.
14. Arikan O.A., Sikora L.J., Mulbry W., Khan S.U., Foster G.D. Composting rapidly reduces levels of extractable oxytetracycline in manure from therapeutically treated beef calves // Bioresour. Technol. – 2007. – V. 98, No 1. – P. 169–176. – doi: 10.1016/j.biortech.2005.10.041.
15. Kim K., Owens G., Ok Y.S., Park W.K., Lee D.B., Kwon S.I. Decline in extractable antibiotics in manure-based composts during composting // Waste Manage. – 2012. – V. 32, No 1. – P. 110–116. – doi: 10.1016/j.wasman.2011.07.026.
16. Li B., Zhang T., Xu Z., Fang H.H. Rapid analysis of 21 antibiotics of multiple classes in municipal wastewater using ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry // Anal. Chim. Acta. – 2009. – V. 645, No 1–2. – Р. 64–72. – doi: 10.1016/j.aca.2009.04.042.
17. ISO 17601:2016 Soil quality – Estimation of abundance of selected microbial gene sequences by quantitative PCR from DNA directly extracted from soil. – 2016. – P. 1–31.
18. Zhang W., Huang M., Qi F., Sun P., Van Ginkel S. Effect of trace tetracycline concentrations on the structure of a microbial community and the development of tetracycline resistance genes in sequencing batch reactors // Bioresour. Technol. – 2013. – V. 150, No 1. – P. 9–14. – doi: 10.1016/j.biortech.2013.09.081.
19. Arslan E.I., Obek E., Kirbag S. Determination of the effect of compost on soil microorganisms // Int. J. Sci. Technol. – 2008. – V. 3, No 2. – P. 151–159.
20. Kim K.D., Nemec S., Musson G. Effects of composts and soil amendments on soil microflora and Phytophthora root and crown rot of bell pepper // Crop Prot. – 1997. – V. 16, No 2. – P. 165–172. – doi: 10.1016/S0261-2194(96)00074-9.
21. Zhen Z., Liu H., Wang N., Guo L., Meng J., Ding N., Wu G., Jiang G. Effects of manure compost application on soil microbial community diversity and soil microenvironments in a temperate cropland in China // PLoS One. – 2014. – V. 9, No 10. – Art. e108555, P. 1–12. – doi: 10.1371/journal.pone.0108555.
22. Danon M., Franke-Whittle I.H., Insam H., Chen Y., Hadar Y. Molecular analysis of bacterial community succession during prolonged compost curing // FEMS Microbiol. Ecol. – 2008. – V. 65, No 1. – P. 133–144. – doi: 10.1111/j.1574-6941.2008.00506.x.
23. Xu S., Amarakoon I.D., Zaheer R., Smith A., Sura S., Wang G., Reuter T., Zvomuya F., Cessna A.J., Larney F.J., McAllister T.A. Dissipation of antimicrobial resistance genes in compost originating from cattle manure after direct oral administration or post-excretion fortification of antimicrobials // J. Environ. Sci. Health – 2018. – V. 53, No 4. – P. 373–384. – doi: 10.1080/10934529.2017.1404337.
24. Cheng W., Li J., Wu Y., Xu L., Su C., Qian Y., Zhu Y.G, Chen H. Behavior of antibiotics and antibiotic resistance genes in eco-agricultural system: A case study // J. Hazard. Mater. – 2016. – V. 304. – P. 18–25. – doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.10.037.
25. Venglovsky J., Sasakova N., Placha I. Pathogens and antibiotic residues in animal manures and hygienic and ecological risks related to subsequent land application // Bioresour. Technol. – 2009. – V. 100, No 22. – P. 5386–5391. – doi: 10.1016/j.biortech.2009.03.068.
26. Wang F.H., Qiao M., Chen Z., Su J.Q., Zhu Y.G. Antibiotic resistance genes in manure-amended soil and vegetables at harvest // J. Hazard. Mater. – 2015. – V. 299, No 3. – P. 215–221. – doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.05.028.
27. Xie W.-Y., Shen Q., Zhao F.J. Antibiotics and antibiotic resistance from animal manures to soil: A review // Eur. J. Soil Sci. – 2017. – V. 69, No 1. – P. 181–195. – doi: 10.1111/ejss.12494.
28. Chen W., Liu W.L., Pan N., Jiao W., Wang M. Oxytetracycline on functions and structure of soil microbial community // J. Soil Sci. Plant Nutr. – 2013. – V. 13, No 4. – P. 967–975. – doi: 10.4067/S0718-95162013005000076.
29. Qian X., Sun W., Gu J., Wang X.J., Sun J.J., Yin Y.N., Duan M.L. Variable effects of oxytetracycline on antibiotic resistance gene abundance and the bacterial community during aerobic composting of cow manure // J. Hazard. Mater. – 2016. – V. 315. – P. 61–69. – doi: 10.1016/j.jhazmat.2016.05.002.
Поступила в редакцию
29.03.19
Данилова Наталья Викторовна, младший научный сотрудник НИЛ «Биоконтроль» Института экологии и природопользования
Казанский (Приволжский) федеральный университет
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия
E-mail: natasha-danilova91@mail.ru
Курынцева Полина Александровна, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры прикладной экологии
Казанский (Приволжский) федеральный университет
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия
E-mail: polinazwerewa@yandex.ru
Тагиров Марсель Шарипзянович, доктор сельскохозяйственных наук, директор
Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства ФИЦ Казанский научный центр РАН
ул. Оренбургский тракт, д. 48, г. Казань, 420059, Россия
E-mail: tatniva@mail.ru
Галицкая Полина Юрьевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры прикладной экологии
Казанский (Приволжский) федеральный университет
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия
E-mail: gpolina33@yandex.ru
Селивановская Светлана Юрьевна, доктор биологических наук, профессор кафедры прикладной экологии
Казанский (Приволжский) федеральный университет
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия
E-mail: svetlana.selivanovskaya@kpfu.ru
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
