Đánh giá sự ức chế của chất kháng sinh họ quinolone đối với vi sinh vật trong môi trường nước mặt sông sài gòn

TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá sự ức chế của chất kháng sinh họ quinolone đối với vi sinh vật trong môi trường nước mặt sông Sài Gòn.. Luận văn này nghiên cứu một số đặc điểm tiêu biểu của chấ

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN THANH PHƯƠNG

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Hồng Nhật

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường

Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Thanh Phương MSHV: 16000041

Ngày, tháng, năm sinh: 19/08/1992 Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã chuyên ngành: 60.85.01.01

I TÊN ĐỀ TÀI:

Đánh giá sự ức chế của chất kháng sinh họ quinolone đối với vi sinh vật trong môi trường nước mặt sông Sài Gòn

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Đánh giá chất lượng nước và một số kháng sinh (Ciprofloxacin và Ofloxacin) trong lưu vực sông Sài Gòn

2 Đánh giá sự ức chế của chất kháng sinh tiêu biểu thuộc họ Quinolon đối với vi sinh vật trong nước mặt

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo Quyết định giao số 1064/QĐ-ĐHCN ngày 08

tháng 05 năm 2018 của Hiệu trưởng trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 16 tháng 05 năm 2020

IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Hồng Nhật

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, Tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới Thầy hướng dẫn là PGS.TS Phạm Hồng Nhật đã tận tình giúp đỡ Tôi từ những bước đầu tiên xây dựng hướng nghiên cứu, cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn

Tôi xin cảm ơn Nghiên cứu sinh Nguyễn Phú Bảo – người anh và người thầy đã tận tình hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn Bên cạnh đó, tôi cũng xin cảm ơn các anh chị làm tại Phòng Quan trắc Viện Nhiệt đới môi trường đã tận tình hỗ trợ tôi trong việc phân tích và cung cấp các số liệu quan trắc về chất lượng nước sông Sài Gòn

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Viện Khoa học Công nghệ và Quản lý Môi trường đã truyền đạt cho tôi kiến thức và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu

và hoàn thành Luận văn

Tôi xin gửi lời tri ân tới mọi thành viên trong gia đình, người thân, bạn bè về những động viên, chia sẻ, giúp đỡ Tôi trong quá trình hoàn thành luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Sự hiện diện của các chất kháng sinh trong nước mặt luôn nhận được mối quan tâm đặc biệt của những người làm công tác nghiên cứu môi trường Luận văn này nghiên cứu một số đặc điểm tiêu biểu của chất kháng sinh Ciprofloxacin và Ofloxacin (thuộc nhóm Quinolones) trong tương quan với các đặc trưng môi trường nước mặt sông Sài

Gòn và khả năng ức chế của chúng đối với E coli

Nghiên cứu cho thấy các chỉ tiêu chính như độ pH, hàm lượng phosphat, nồng độ BOD5 và nồng độ COD tại các điểm quan trắc đạt quy chuẩn cho phép đối với nguồn nước mặt loại A1 và B1 (QCVN 08-MT:2015/BTNMT) Nồng độ DO tại 30%, hàm lượng coliform và hàm lượng amoni tại 70%, hàm lượng TSS tại 80% các điểm quan trắc không đạt quy chuẩn cho phép, nồng độ Fe tại 40% các điểm quan trắc không đạt quy chuẩn cho phép

Kết quả tính toán chỉ số chất lượng nước WQI cho thấy tại 10 điểm quan trắc khu vực sông Sài Gòn có chỉ số WQI khoảng 72 - 93, chỉ có điểm quan trắc Bến Súc phù hợp cho mục đích cấp nước, 07/10 điểm quan trắc Bến Củi, Hòa Phú, Phú Cường, Rạch Tra, Phú Long, Bình Phước và Phú Mỹ phù hợp cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần các biện pháp xử lý

Ở vùng đầu nguồn sông Sài Gòn nồng độ trung bình của Ciprofloxacin và Ofloxacin nhỏ hơn 100 ng/L như Ciprofloxacin (81 ng/L) và Ofloxacin (59 ng/L) Các giá trị này nhỏ hơn rất nhiều lần so với giá trị chất kháng sinh của toàn khu vực và chênh lệch khoảng 226,28% đối với Ciprofloxacin và như khoảng 252,98% đối với Ofloxacin

Ở trong vùng đô thị (từ Bình Phước đến Phú Xuân), nồng độ chất kháng sinh Ciprofloxacin và Ofloxacin là rất cao, lên đến hơn 200 ng/L Kết quả tính toán cho thấy, nồng độ Ciprofloxacin trung bình khoảng 269 ng/L và Ofloxacin khoảng 207 ng/L Các giá trị này, gần tương đương với giá trị trung bình của toàn khu vực, chênh lệch chỉ khoảng 1,41% đối với Ciprofloxacin và 1,10% đối với Ofloxacin

Đối với các nguồn nước sông, nhánh sông, kênh/rạch đổ vào sông Sài Gòn thì nồng độ Ciprofloxacin và Ofloxacin là rất cao, giá trị trung bình khoảng 342 ng/L (Ciprofloxacin) và 276 ng/L(Ofloxacin) Các giá trị này cao hơn khoảng 25,50% đối với Ciprofloxacin đến 31,65% đối với Ofloxacin

E coli trong nước sông Sài Gòn thuộc loại kháng kháng sinh đối với cả Ciprofloxacin

và Ofloxacin với đường kính vùng ức chế kháng sinh trung bình của Ciprofloxacin (10,3 mm) và Ofloxacin (7,9 mm)

Khi có mặt kháng sinh Ciprofloxacin thì vi sinh vật bị ức chế, sự phân hủy chất hữu

cơ diễn ra với hiệu suất thấp, khả năng phân hủy chất hữu cơ chỉ đạt 69,2 - 75,0% và giữ mức trung bình của hiệu suất ức chế khả năng phân hủy chất hữu cơ của Ciprofloxacin trong cả quá trình khoảng 76,5 - 76,9%

Tùy vào điều kiện thích nghi của vi sinh vật ban đầu mà tỷ lệ ức chế tăng trưởng của Ciprofloxacin đối với vi sinh vật là từ trung bình (137,5%) đến cao (240,0%)

Từ khóa: Ciprofloxacin, Ofloxacin, sông Sài Gòn, ức chế chất kháng sinh, E coli

capacity for E coli

Research shows key indicators like pH, phosphate content, BOD5 concentration and COD concentration at the monitoring points reach the permitted standards for surface water sources of types A1 and B1 (QCVN 08-MT: 2015/BTNMT) DO concentration

at 30%, coliform content and amoni content at 70%, TSS content at 80% of the monitoring points do not reach the permitted standards

The calculation result of WQI water quality index shows that at 10 monitoring points

in the Saigon river area, there are WQI index of about 72 - 93 Only Ben Suc monitoring point is suitable for water supply purpose At 07/10 monitoring point as Ben Cui, Hoa Phu, Phu Cuong, Rach Tra, Phu Long, Binh Phuoc and Phu My is suitable for the purpose of domestic water supply but requires remedial measures

In the watershed area of Saigon River, the average concentration of Ciprofloxacin and Ofloxacin is less than 100 ng/L such as Ciprofloxacin (81 ng/L) and Ofloxacin (59 ng/L) These values are many times smaller than the antibiotic value of the whole region.The difference is about 226,28% for Ciprofloxacin and 252,98% for Ofloxacin

In urban areas (from Binh Phuoc to Phu Xuan), the concentration of antibiotics Ciprofloxacin and Ofloxacin is very high, up to over 200 ng/L Calculation results show that the average Ciprofloxacin concentration is about 269 ng/L and Ofloxacin

is about 207 ng/L These values are roughly equivalent to the regional average, differed from 1,41% for Ciprofloxacin and 1,10% for Ofloxacin

For rivers, tributaries and canals flowing into the Saigon River, Ciprofloxacin and Ofloxacin concentrations are very high The average values are about 342 ng/L (Ciprofloxacin) and 276 ng/L (Ofloxacin) These values are about 25,50% higher for Ciprofloxacin, 31,65% for Ofloxacin

E coli in Saigon river water belongs to antibiotic resistance for both Ciprofloxacin

and Ofloxacin with the average antibiotic inhibitor diameter of Ciprofloxacin (10,3 mm) and Ofloxacin (7,9 mm)

In the presence of Ciprofloxacin, the microorganism is inhibited, the decomposition

of organic compound takes place with low efficiency, the ability to decompose organic compound is only 69,2 – 75,0% and keep the average level inhibition of organic compound decomposition ability of Ciprofloxacin in the process of about 76,5 – 76,9%

Depending on the adaptive conditions of the original microorganism, the growth inhibition rate of Ciprofloxacine for microorganisms is from medium (137,5%) to high (240,0%)

Key words: Ciprofloxacin, Ofloxacin, Sai Gon river, antibiotic inhibitor, E coli

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Nguyễn Thanh Phương, là tác giả của luận văn “Đánh giá sự ức chế của chất kháng sinh họ quinolone đối với vi sinh vật trong môi trường nước mặt sông Sài Gòn”, xin cam đoan như sau:

Luận văn này là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Hồng Nhật, những kết quả và số liệu trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được các tác giả công bố trong bất kỳ công trình nào

Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của các tác giả khác; tài liệu tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định

Tôi xin cam đoan các nội dung ghi trên là đúng sự thật và hoàn toàn chịu trách nhiệm

về toàn bộ nội dung nghiên cứu và kết quả của luận văn

Học viên

Nguyễn Thanh Phương

MỤC LỤC

MỤC LỤC vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

4.1 Ý nghĩa khoa học 3

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Chất kháng sinh và hiện tượng kháng kháng sinh 4

1.1.1 Khái niệm chất kháng sinh 4

1.1.2 Lịch sử phát triển chất kháng sinh 4

1.1.3 Phân loại chất kháng sinh 6

1.1.4 Cấu tạo, tính chất và đặc trưng của nhóm kháng sinh quinolon 9

1.1.5 Nguồn gốc sự xuất hiện chất kháng sinh trong môi trường nước mặt 12

1.1.6 Các tác động đến sức khỏe và môi trường 13

1.1.7 Đặc trưng của vi sinh vật bị ức chế 13

1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến đề tài 14

1.2.1 Các nghiên cứu nước ngoài 14

1.2.2 Các nghiên cứu trong nước 16

1.3 Tổng quan nước và vai trò của tài nguyên nước mặt 17

1.3.1 Sông Sài Gòn 17

1.3.2 Tầm quan trọng của tài nguyên nước mặt sông Sài Gòn 20

1.3.3 Ô nhiễm nước sông Sài Gòn 21

1.3.4 Ô nhiễm nguồn nước và những vi khuẩn gây bệnh phổ biến trong môi trường nước 24

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Nội dung nghiên cứu 28

2.2 Phương pháp nghiên cứu 28

2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu 28

2.2.2 Phương pháp lấy mẫu 29

2.2.3 Phương pháp phân tích hóa lý 31

2.2.4 Phương pháp phân tích chất kháng sinh và LC-MS 31

2.2.5 Phương pháp đánh giá chất lượng nước 38

2.2.6 Phương pháp định lượng E coli bằng phương pháp MPN (most probable number) 39

2.2.7 Phương pháp đánh giá sự ức chế của chất kháng sinh đối với vi khuẩn E coli 41 2.2.8 Đánh giá sự giảm khả năng phân hủy chất hữu cơ 44

2.2.9 Phương pháp tính toán chỉ số ức chế tăng trưởng của kháng sinh 44

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 Kết quả đánh giá chất lượng nước sông sài gòn 45

3.1.1 Giá trị pH 47

3.1.2 Nồng độ tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 47

3.1.3 Nồng độ amoni (NH4 + -N) 47

3.1.4 Nồng độ phosphat (PO 4 3- tính theo P) 48

3.1.5 Nồng độ oxy hòa tan (DO) 48

3.1.6 Nhu cầu oxy sinh học (BOD 5 ) 49

3.1.7 Nhu cầu oxy hóa học học (COD) 49

3.1.8 Ô nhiễm vi sinh (Coliform) 50

3.1.9 Kim loại mangan (Mn) 50

3.1.10 Kim loại sắt (Fe) 51

3.1.11 Tính toán chỉ số chất lượng nước 51

3.1.12 Nhận xét về kết quả phân tích chất lượng nước sông Sài Gòn tại các điểm quan trắc 53

3.2 Đánh giá sự hiện diện của chất kháng sinh trong môi trường nước mặt sông sài gòn 54

3.2.1 Lựa chọn điểm khảo sát và chất kháng sinh tiêu biểu thuộc nhóm Quinolones 54

3.2.2 Kết quả phân tích chất kháng sinh Ciprofloxacin và Ofloxacin 60

3.3 Đánh giá sự ức chế của ciprofloxacin và ofloxacin đối với E coli 63

3.3.1 Kết quả phân tích E coli tại sông Sài Gòn trong vùng nội thị 63

3.3.2 Nghiên cứu tính kháng kháng sinh của E coli đối với Ciprofloxacin và Ofloxacin 67

3.3.3 Đánh giá sự ức chế đối với vi sinh vật trong quá trình phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ 71

3.3.4 Tính toán tỷ lệ ức chế tăng trưởng đối với vi sinh vật trong quá trình phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

1 Kết luận 75

2 Kiến nghị 76

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 81

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 88

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo chung của quinolon 9

Hình 1.2 Cân bằng acid - base của nhóm acidic quinolon 10

Hình 1.3 Cân bằng acid - base của nhóm piperazinyl quinolon 10

Hình 1.4 Sự di chuyển và tác động của chất kháng sinh đến môi trường 12

Hình 1.5 Vị trí địa lý lưu vực sông Sài Gòn [17] 18

Hình 1.6 Phân bố các nguồn thải lưu vực hạ lưu sông Sài Gòn Đồng Nai [20] 22

Hình 1.7 Phân bố các nguồn thải trong lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai [20] 23

Hình 2.1 Sơ đồ tạo ion dương bằng nguồn ESI 33

Hình 2.2 Cột SPE được sử dụng trong nghiên cứu 35

Hình 2.3 Hệ thống hút chân không cho chiết pha rắn 35

Hình 2.4 Bơm hút chân không cho chiết pha rắn 35

Hình 2.5 Vial để đựng chất kháng sinh Ciprofloxacin cho phân tích bằng LC-MS 35 Hình 2.6 Phổ test dung dịch Tune gốc 36

Hình 2.7 Phổ phân tích chuẩn chất kháng sinh Ciprofloxacin 37

Hình 2.8 Quy trình bố trí thí nghiệm phân tích E coli 40

Hình 2.9 Qui trình thử nghiệm tính nhạy cảm kháng sinh bằng kỹ thuật khoanh giấy kháng sinh khuếch tán theo tiêu chuẩn CLSI, 2011 42

Hình 2.10 Ví dụ về dĩa đọc đường kính vùng ức chế dạng nhỏ [22] 43

Hình 3.1 Nồng độ (ng/L) tổng thuốc kháng sinh phát hiện trong môi trường nước tại các điểm lấy mẫu dọc sông Sài Gòn vào mùa mưa và mùa khô năm 2017 [24] 55

Hình 3.2 Nồng độ nhỏ nhất, trung bình và lớn nhất (µg/L) của các chất kháng sinh trong nước thải đô thị tại Tp Hồ Chí Minh [24] 57

Hình 3.3 Nồng độ nhỏ nhất, trung bình và lớn nhất (ng/L) của các chất kháng sinh trong nước thải đầu ra của 5 trạm xử lý nước thải trong lưu vực sông Sài Gòn [24] 58

Hình 3.4 Diễn biến chất kháng sinh Ciprofloxacin và Ofloxacin ở khu vực sông Sài Gòn 61

Hình 3.5 Khuẩn lạc E coli trên EMB 64 Hình 3.6 Biểu hiện sinh hóa của E coli 64 Hình 3.7 Diễn biến E coli tại các điểm khảo sát vùng đô thị sông Sài Gòn 65

Hình 3.8 Diễn biến tương đối giữa nồng độ Ciprofloxacin và Ofloxacin với mật độ

E coli tại các điểm khảo sát Bình Phước và Bạch Đằng 67

Hình 3.9 Diễn biến so sánh mật độ E coli với đường kính vùng ức chế đối với

Ciprofloxacin và Ofloxacin 69 Hình 3.10 Diễn biến về sự ức chế của kháng sinh Ciprofloxacin đối với quá trình

phân hủy chất hữu cơ (Thí nghiệm 1) 72 Hình 3.11 Diễn biến về sự ức chế của kháng sinh Ciprofloxacin đối với quá trình

phân hủy chất hữu cơ (Thí nghiệm 2) 73

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân loại các kháng sinh dựa vào mức độ tác dụng 7

Bảng 1.2 Công thức cấu tạo và pKa của một số kháng sinh họ quinolon [5] 10

Bảng 1.3 Tình trạng tài nguyên nước mặt ở tiểu lưu vực sông Sài Gòn [19] 20

Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu đánh giá chất lượng nước sông Sài Gòn 30

Bảng 2.2 Phương pháp phân tích các chỉ số 31

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn đọc kết quả đường kính vùng ức chế và nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) [22] 43

Bảng 3.1 Kết quả phân tích chất lượng nước sông Sài Gòn trên địa bàn Tp HCM 46 Bảng 3.2 Chỉ số WQI được đánh giá chất lượng nước cho các mục đích sử dụng 51

Bảng 3.3 Kết quả tính toán WQI tại các điểm quan trắc nước sông Sài Gòn năm 2018 52

Bảng 3.4 Các vị trí được xác định lấy mẫu phân tích chất kháng sinh trong nghiên cứu 56

Bảng 3.5 Tần suất phát hiện (%) và nồng độ (ng/L) của kháng sinh phát hiện trong nước mặt sông Sài Gòn vào mùa mưa và mùa khô 59

Bảng 3.6 Kết quả phân tích Ciprofloxacin và Ofloxacin trung bình tại các vị trí lấy mẫu trên sông Sài Gòn 60

Bảng 3.7 Lịch trình lấy mẫu sông Sài Gòn để đánh giá ô nhiễm vi sinh vật 63

Bảng 3.8 Kết quả phân tích mật độ vi khuẩn E coli ở sông Sài Gòn 64

Bảng 3.9 Sự ức chế của kháng sinh Ciprofloxacin và Ofloxacin đối với E coli 68

Bảng 3.10 Thống kê kết quả đánh giá độ đúng của các thử nghiệm vùng ức chế đối với Ciprofloxacin và Ofloxacin 71

Bảng 3.11 Kết quả thử nghiệm 72

Bảng 3.12 Kết quả tính toán tỷ lệ sự ức chế tăng trưởng đối với vi sinh vật do tác động của Ciprofloxacin 74

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

APCI Atmospheric pressure chemical ionization - Ion hóa

hóa học tại áp suất khí quyển API Atmospheric Pressure Ionization - Ion hóa tại áp

suất khí quyển

APPI Atmospheric Pressure Photoionization - Ion hóa

bằng photon tại áp suất khí quyển

ATCC American Type Culture Collection - Hệ thống

Chủng chuẩn của Mỹ

BGBL Brilliant Green Bile Lactose - Canh BGBL

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

CLSI Clinical Laboratory Standard Institute - Viện tiêu

chuẩn xét nghiệm lâm sàng

CV Độ thu hồi, hệ số biến thiên

EC Electric Conductivity (Độ dẫn điện)

ESI Electrospray ionization - Ion hóa tia điện

ISO International Organization for Standardization - Tổ

chức tiêu chuẩn hóa quốc tế

KCN - KCX Khu công nghiệp - khu chế xuất

LSB Lauryl Sulphate Broth - Canh LSB

MPN Most Probable Number - Con số có thể nhất

MR - VP Methyl Red - Voges Proskauer (Môi trường MR –

VP)

MS Mass Spectrometry - Phương pháp khối phổ

SIM Selected Ion Monitoring

TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng việt nam

Tp HCM Thành Phố Hồ Chí Minh

TSS Tổng chất rắn lơ lửng

WHO World Health Organization - Tổ chức Y tế Thế giới WQI Water Quality Index - Chỉ số chất lượng nước

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sông Sài Gòn là một trong những con sông lớn với chiều dài 226 km thuộc hệ thống sông Đồng Nai có tác động rất lớn đến sự phát triển về kinh tế - xã hội của các tỉnh

và thành phố trong khu vực Để đảm bảo cho mục đích phát triển kinh tế xã hội, an sinh và anh ninh quốc phòng thì việc đánh giá chất lượng nước sông Sài Gòn là cần thiết và cần được thực hiện thường xuyên Bên cạnh đó, việc theo dõi các chất độc hại và các chất độc hại mới đưa vào sông cũng cần được nghiên cứu về bản chất và đặc điểm

Kháng sinh đã được đưa vào sử dụng từ những năm đầu của thế kỷ 20, nhưng cho đến nay việc lạm dụng thuốc kháng sinh đã gây ra những hậu quả nặng nề Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng không hợp lý thuốc kháng sinh là nguyên nhân gây ra các bệnh cho con người đồng thời gây ô nhiễm môi trường nước ở các con sông

Một nghiên cứu gần đây có liên quan đến chất kháng sinh ở lưu vực sông Sài Gòn đã cho thấy nồng độ dư lượng khá cao của kháng sinh FQs tại nhiều vùng thuộc sông Sài Gòn và các khu vực lân cận với tần suất xuất hiện fluoroquinolone (FQs) trong nước khoảng 33%, trong bùn khoảng 62% [1] Trong quá trình sử dụng, các chất kháng sinh chỉ được hấp thu và chuyển hoá một phần, phần còn lại tồn lưu lại đi vào các lưu vực sông gây ra những ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước tự nhiên của vi sinh vật Sự tồn dư của chất kháng sinh trong môi trường nước có thể làm ảnh hưởng đến chức năng của hệ vi sinh vật trong môi trường

Sự ô nhiễm vi khuẩn Escherichia coli (E coli) trong nước mặt là mối đe dọa hàng đầu đến sức khỏe và môi trường do các ảnh hưởng nghiêm trọng của nó E coli là một trong những loài phổ biến nhất của vi khuẩn coliform Chúng là thành phần thông thường của ruột già ở người và các chất thải từ người, động vật E coli được tìm thấy

trong nước thải con người với số lượng lớn E coli được sử dụng là sinh vật chỉ thị đánh giá chất lượng nước [2]

Ảnh hưởng chính của E coli đối với sức khỏe con người là một sinh độc tố ruột gây viêm dạ dày, viêm ruột, gây mất nước kèm theo nôn ói và đau quặn bụng Tuy nhiên, việc sử dụng thuốc kháng sinh là không hiệu quả trong một số trường hợp Một số nghiên cứu đã được thực hiện về sự ức chế của chất kháng sinh đối với E coli trong thực phẩm, bệnh phẩm và chỉ ra rằng mức độ kháng kháng sinh của E coli là ngày càng gia tăng, nghĩa là khả năng ức chế của chất kháng sinh đối với E coli là càng giảm [3]

Chính vì thế nghiên cứu đề tài “Đánh giá sự ức chế của chất kháng sinh họ quinolone đối với vi sinh vật trong môi trường nước mặt sông Sài Gòn” góp phần

đánh giá sự hiện diện của chất kháng sinh nhóm quinolones trong môi trường nước mặt sông Sài Gòn, đồng thời nghiên cứu đánh giá được sự ức chế của chất kháng sinh

họ quinolones đối với vi sinh vật trong nước mặt

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá sự hiện diện của chất kháng sinh họ Quinolones trong môi trường nước mặt sông Sài Gòn, nghiên cứu sự ức chế của chất kháng sinh tiêu biểu thuộc nhóm Quinolones đối với vi sinh vật trong nước mặt

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Một số chất kháng sinh tiêu biểu thuộc nhóm Quinolones;

- Nước sông Sài Gòn;

- Tác động của chất kháng sinh đối với chức năng vi sinh vật trong nước sông Sài Gòn

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Do giới hạn thời gian thực hiện đề tài, phạm vi nghiên cứu sẽ được giới hạn từ: “dưới

Hồ Dầu Tiếng đến ngã ba sông Sài Gòn - Nhà Bè”

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu của luận văn dựa vào các tính chất ức chế của chất kháng sinh đối với vi

sinh vật sẽ đưa ra được tính kháng kháng sinh của E coli đối với Ciprofloxacin và

Ofloxacin và đánh giá tác động của chất kháng sinh đến sự phân hủy chất hữu cơ trong nước mặt

Đề tài cũng góp phần tạo cơ sở khoa học cho các cuộc nghiên cứu sau này về tác động của các chất kháng sinh đối với hệ sinh thái trong môi trường nước mặt

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Chất kháng sinh và hiện tượng kháng kháng sinh

1.1.1 Khái niệm chất kháng sinh

Thuật ngữ “chất kháng sinh” được sử dụng đầu tiên bởi Pasteur và Joubert (1877) để

mô tả hiện tượng kìm hãm khả năng gây bệnh của vi khuẩn Bacillus anthracis Các

nghiên cứu về chất kháng sinh được tiếp tục với tính kháng khuẩn của Babes (1885),

hoạt tính kháng khuẩn của Bacillus subtilis của Nicolle (1907), hoàn thiện phương

pháp tìm kiếm và phát hiện vi sinh vật sinh tổng hợp chất kháng sinh trong tự nhiên của Gratia và đồng nghiệp (1925) Cho đến năm 1929 thuật ngữ “chất kháng sinh” mới được Alexander Fleming mô tả một cách đầy đủ và chính thức trong báo cáo chi tiết về penicillin

Theo các nhà sinh học, kháng sinh là những hợp chất hoá học do vi sinh vật tiết ra có tác dụng ức chế sự phát triển hay tiêu diệt một cách chọn lọc một nhóm vi sinh vật xác định hay cả tế bào ung thư ở nồng độ thấp Còn các nhà hoá học thì muốn định nghĩa kháng sinh phải bao hàm cả các chất tổng hợp bằng hoá học có tác dụng diệt khuẩn như các chất thuộc quinolon

Khái niệm chung về chất kháng sinh có thể đưa ra như sau: “Chất kháng sinh (antibiotic) là các chất hoá học xác định, không có bản chất enzyme, có nguồn gốc sinh học với đặc tính ngay ở nồng độ thấp có khả năng ức chế mạnh mẽ hoặc tiêu diệt được các vi sinh vật gây bệnh mà vẫn đảm bảo được an toàn cho người hay động vật

được điều trị” [4]

1.1.2 Lịch sử phát triển chất kháng sinh

Kháng sinh là thuốc được con người sử dụng để chống lại các bệnh truyền nhiễm đến nửa sau thế kỷ 19, hàng loạt các nghiên cứu chỉ ra rằng vi sinh vật chính là thủ phạm gây nên các bệnh truyền nhiễm Do đó, liệu pháp hóa học nhằm vào các vi sinh vật gây bệnh được phát triển thành liệu pháp điều trị chính

Người đầu tiên đặt nền móng cho khoa học nghiên cứu chất kháng sinh là Alexander Fleming - nhà sinh vật học người Anh, đã phát hiện ra penicillin vào tháng 10/1928 Ngay sau đó, penicillin đã trở thành một kháng sinh nổi tiếng vì đã cứu sống nhiều chiến binh trong chiến tranh thế giới thứ II

Từ những năm 1940 đến cuối những năm 1960 được coi là thời kỳ vàng son của hóa liệu pháp kháng sinh bởi việc phát hiện ra hàng loạt chất kháng sinh mới gramicidin, tirocidin do Rene’ Jules Dobos phát hiện năm 1939, streptomycin do Waksman phát hiện năm 1941, erythromycin do Gurre phát hiện năm 1952 Cùng với việc phát hiện

ra các chất kháng sinh mới, công nghệ lên men sản xuất chất kháng sinh cũng ra đời

và dần được hoàn thiện

Tốc độ tìm kiếm các chất kháng sinh trong thời gian gần đây vẫn diễn ra nhanh chóng Nhiều trung tâm nghiên cứu về y học, dược phẩm, nông nghiệp tại nhiều nước trên thế giới vẫn liên tục phát hiện được hàng loạt các chất kháng sinh mới có giá trị ứng dụng trong thực tiễn

Năm 1999, kháng sinh liposomal HA - 92, được tách từ xạ khuẩn Streptomyces

CDRLL - 312 có tác dụng ngăn chặn hiện tượng cholesterol, tăng đề kháng đối với các chất độc của chuột và hoạt tính chống nấm gây bệnh mạnh Năm 2003, tại Nhật

Bản, chất kháng sinh mới là yatakemycin được tách chiết từ xạ khuẩn Streptomyces

sp TP - A0356 bằng phương pháp sắc ký cột, có khả năng kìm hãm sự phát triển của

nấm Aspergillus fumigalus và Candida albicans Năm 2007, tại Hàn Quốc, các nhà nghiên cứu đã phân lập được loại xạ khuẩn Streptomyces sp C684 sinh kháng sinh

laidlomycin, có khả năng tiêu diệt cả những tụ cầu đã kháng methicillin và các cầu khuẩn kháng vancomycin

Việc phát hiện, phát triển và sử dụng chất kháng sinh trong điều trị ở thế kỷ 20 đã làm giảm đáng kể tỷ lệ chết do nhiễm khuẩn Tuy nhiên, từ năm 1980, số kháng sinh mới được đưa vào điều trị giảm hẳn do chi phí cho việc phát triển và thử nghiệm thuốc mới ngày càng lớn Bên cạnh đó là hiện trạng ngày càng tăng các vi sinh vật kháng các kháng sinh hiện có Hiện nay, việc kháng của vi khuẩn phải được khắc

phục bằng việc phát hiện ra các loại thuốc mới Tuy nhiên, vi sinh vật ngày càng nhanh chóng kháng thuốc và tốc độ đó lại nhanh hơn tốc độ tạo ra thuốc mới cho con người

1.1.3 Phân loại chất kháng sinh

Tùy theo mục đích nghiên cứu và cách sử dụng thuốc, trước đây người ta thường phân loại các kháng sinh như sau: căn cứ vào phổ tác dụng của kháng sinh, căn cứ vào nguồn gốc, căn cứ vào cơ chế tác dụng, căn cứ vào mức độ tác dụng

1.1.3.1 Dựa vào mức độ tác dụng

Thuốc kháng sinh diệt khuẩn (bactericidial antibiotics) gồm những kháng sinh có cơ chế tác dụng đến khả năng tạo vách tế bào, sinh tổng hợp DNA và RNA giải phóng men autolyza, vi khuẩn tự phân giải

Thuốc kháng sinh kìm khuẩn (bacteriostatic antibiotics) gồm các thuốc ức chế sinh tổng hợp protein của vi khuẩn bằng cách gắn vào các enzim hay các ribosome 30s, 50s và 70s

Bảng 1.1 Phân loại các kháng sinh dựa vào mức độ tác dụng

1.1.3.2 Dựa vào phổ tác dụng của kháng sinh

Nhóm có phổ tác dụng hẹp, chỉ tác dụng lên một loại hay một nhóm vi khuẩn: Penicillin cổ điển chỉ tác dụng lên vi khuẩn Gr+ hay nhóm thuốc chỉ tác dụng lên vi khuẩn Gr- như Streptomycin

Nhóm kháng sinh có phổ tác dụng rộng: tác dụng với cả vi khuẩn Gr+, Gr-, virus cỡ lớn, đơn bào như chloramphenicol, tetracycline

Nhóm kháng sinh dùng ngoài hay các thuốc không hoặc ít hấp thu ở đường tiêu hóa Thuốc thuộc nhóm này thường độc, bao gồm các thuốc có tác dụng với vi khuẩn Gr- như Baxitracin, heliomycin, tác dụng với vi khuẩn Gr+ như neomycin, polymycin Nhóm kháng sinh chống lao rifamycin

Nhóm kháng sinh chống nấm: nystatin, grycefulrin, ampoterytin-B

1.1.3.3 Dựa vào nguồn gốc:

Kháng sinh có nguốn gốc từ sinh vật, xạ khuẩn

Nhóm kháng sinh có nguồn gốc hóa dược hay do con người tạo nên

1.1.3.4 Dựa vào cơ chế tác dụng: phân thành hai nhóm

Nhóm kháng sinh có tác dộng lên tế bào vi khuẩn gồm các thuốc:

- Thuốc tác động lên quá trình tạo vách tế bào: Penicillin và các thuốc thuộc nhóm β-lactamin, vancomycin, baxitracin…

- Thuốc tác động lên màng tế bào: các thuốc này làm rối loạn tinh thần của vỏ và màng nguyên sinh chất tế bào vi khuẩn, làm cho chức năng hàng rào của màng

bị phá hủy, vi khuẩn bị rối loạn quá trình đồng hóa và dị hóa Do vậy mất khả năng lấy chất dinh dưỡng cần thiết và thải các sản phẩn của quá trình dị hóa ra ngoài colistin, polymycin…

Nhóm tác dụng lên hệ phi bào làm rối loạn các hoạt động sống của tế bào trong nguyên sinh chất gồm:

- Thuốc làm rối loạn và ức chế tổng hợp protein ở tế bào vi khuẩn ở mức ribosome Vi khuẩn không tạo nên các chất tham gia vào quá trình phân chia Thuốc gắn vào các tiểu phần 30s, 50s và 70s của ribosome của tế bào

- Thuốc ức chế sự tổng hợp nên các acid nucleotic: DNA và RNA Các thuốc này rất độc, dùng chữa ung thư, ít dùng trong thú y

1.1.4 Cấu tạo, tính chất và đặc trưng của nhóm kháng sinh quinolon

1.1.4.1 Cấu tạo và tính chất chất kháng sinh

Công thức cấu tạo chung của nhóm quinolon là hợp chất vòng thơm có chứa nitơ, vị trí thứ 4 có gắn nhóm keton, vị trí thứ 3 có gắn nhóm carboxylic Các dẫn xuất của quinolon gồm những hợp chất ở các vị trí 1, 2, 6, 8 được gắn thêm các nhóm thế Vị trí 1: có thể gắn thêm nhóm alkyl hoặc aryl; Vị trí 6: có thể gắn thêm F; Vị trí 2, 6, 8

có thể gắn thêm một nguyên tử N [5]

Hình 1.1 Công thức cấu tạo chung của quinolon

Do có nhóm carboxylic ở vị trí số 3 nên các chất nhóm quinolon mang tính acid Một

số quinolon có thêm nhóm amin khác nên có thêm tính base Chúng tan trong lipid

và thấm được qua màng tế bào Có thể chia nhóm quinolon thành hai loại dựa trên pKa: acidic quinolon (AQ) và piperazinyl quinolon (PQ) [6]

Acidic quinolon: chỉ có một giá trị pKa trong khoảng 6,0 đến 6,9 Trong nước chúng tồn tại ở dạng trung hòa hoặc dạng anion Thường AQ gồm những quinolon thuộc thế

hệ thứ nhất

Piperazinyl quinolon: có hai giá trị pKa, pKa1 khoảng 5,5 - 6,6 và pKa2 khoảng 7,2 -8,9 Trong nước chúng có thể tồn tại ở ba dạng khác nhau: dạng cation, dạng trung hòa và dạng anion; một số PQ là danofloxacin, difloxacin, norfloxacin, ofloxacin, benofloxacin, marbofloxacin, acid pipemidic

Hình 1.2 Cân bằng acid - base của nhóm acidic quinolon

Hình 1.3 Cân bằng acid - base của nhóm piperazinyl quinolon

Bảng 1.1 Công thức cấu tạo và pKa của một số kháng sinh họ quinolon [5]

Tác dụng của chất kháng sinh đối với vi sinh vật là làm giảm số lượng vi sinh vật, sự phong phú của loài và đồng thời làm giảm khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật

Các quinolon ngăn cản sự tổng hợp DNA của vi khuẩn Ngoài ra, còn có tác dụng trên RNA, ức chế tổng hợp protein vi khuẩn

Các quinolon thế hệ thứ nhất chỉ có tác dụng diệt khuẩn Gram (-) đường tiết niệu và

tiêu hoá Không có tác dụng trên trực khuẩn mủ xanh (Pseudomonas aeruginosa)

Các quinolon thế hệ thứ hai còn được gọi là fluoroquinolon thế hệ đầu (pefloxacin, norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin…) có mặt trong những năm 1987 - 1997, có tác dụng khác nhau đối với các enzym nhưng không đồng đều

Đến quinolon thế hệ thứ ba, tức các fluoroquinolon thế hệ mới (levofloxacin, trovafloxacin, gatifloxacin (từ 1999) có tác động cân bằng trên cả 2 enzym, vì vậy phổ kháng mở rộng trên Gram (+) nhất là các nhiễm khuẩn đường hô hấp và vi khuẩn khó kháng thuốc hơn vì phải đột biến 2 lần trên 2 enzym đích

Tác dụng: chất kháng sinh có những tác dụng tiêu biểu [4]:

- Làm rối loạn cấu trúc thành tế bào

- Rối loạn chức năng điều tiết quá trình vận chuyển vật chất qua màng tế bào chất

- Làm rối loạn hay kiềm toả quá trình sinh tổng hợp protein

- Rối loạn quá trình tổng hợp DNA

- Hoặc tương tác đặc hiệu với những giai đoạn nhất định trong các chuyển hoá trao đổi chất

Sau quá trình sử dụng, sự bài tiết hoặc thải bỏ chất kháng sinh vào môi trường cũng

sẽ gây những tác động nhất định đến môi trường bởi chính các đặc tính của chất kháng sinh Có thể diễn tả quá trình thải bỏ chất kháng sinh vào môi trường, sự di chuyển (transportation) và tác động của chúng như sau [7]:

Hình 1.4 Sự di chuyển và tác động của chất kháng sinh đến môi trường

1.1.5 Nguồn gốc sự xuất hiện chất kháng sinh trong môi trường nước mặt

Hiện nay, chất kháng sinh đang được sử dụng rộng rãi cho con người và thú y Trong quá trình sử dụng, chỉ có một phần các chất kháng sinh được hấp thu và chuyển hóa trong cơ thể người, vật nuôi, còn phần lớn được bài tiết nguyên dạng Do đó, các chất

ô nhiễm này sẽ hiện diện trong nước thải sinh hoạt hoặc từ các bệnh viện, các trang trại chăn nuôi Nhìn chung, quy trình xử lý nước thải hiện nay không thích hợp để xử

lý dư lượng kháng sinh nên các chất ô nhiễm này sẽ tồn lưu và tiếp tục di chuyển vào nguồn tiếp nhận và làm ô nhiễm các thủy vực

Việc sử dụng rộng rãi các chất kháng sinh, trong đó nhiều chất thuộc nhóm bền và không phân hủy tự nhiên nên dư lượng kháng sinh còn lại trong nước thải và bùn thải

sẽ được phát tán vào nguồn tiếp nhận và tích lũy lâu dài trong hệ sinh thái Đặc biệt nghiêm trọng là hàm lượng chất kháng sinh trong môi trường nước mặt hoặc trầm

tích nguồn tiếp nhận khá thấp (< 1 mg/L) nên rất khó phát hiện Sự phát tán và tích lũy các dư lượng kháng sinh trong môi trường là một trong những nguyên nhân làm tăng nguy cơ xuất hiện nguồn gen kháng thuốc ở các chủng vi sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật gây bệnh Hệ quả là gây nên sự kháng thuốc ở vật nuôi và con người

1.1.6 Các tác động đến sức khỏe và môi trường

Nhóm kháng sinh Fluoroquinolones được cho là có nguy cơ gây đột biến gen, gây sẩy thai Ngoài ra, sử dụng nhóm Fluoroquinolones có thể gây rối loạn phát triển xương, sụn Theo nghiên cứu của Jason et al năm 2010 trên cừu non đã cho thấy nhóm Fluoroquinolones đã gây tác động lớn, làm cho hệ xương, sụn hầu như không phát triển trong thời gian dùng nhóm kháng sinh này [8]

Kết quả nghiên cứu của một nhóm chuyên gia y tế của Canada và Mỹ cho biết một

số loại kháng sinh nằm trong nhóm thuốc Fluoroquinolones bao gồm: Ciprofloxacin, Gatifloxacin, Gemifloxacin, Levofloxacin, Moxifloxacin và Norfloxacin, có thể làm cho người sử dụng tăng gấp 2 lần nguy cơ phát triển các căn bệnh có liên quan đến thận so với những người không sử dụng loại thuốc này, nhất là khi chúng sử dụng kết hợp với một số loại thuốc trị bệnh khác Trung bình, trong 1529 người sử dụng các loại thuốc kháng sinh nói trên có 1 người bị suy thận [8]

Bên cạnh đó, sự tồn lưu thời gian dài sau khi sử dụng cũng là nguyên nhân dẫn đến việc hạn chế và cấm sử dụng những kháng sinh thuộc nhóm này Theo thông tư số 15/2009/TT-BNN do Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ban hành ngày 17 tháng 03 năm 2009 cấm sử dụng nhóm Fluoroquinolones trong sản xuất, kinh doanh thủy sản xuất khẩu vào thị trường Mỹ và Bắc Mỹ, cấm sử dụng Enrofloxacin, Ciprofloxacin và Ofloxacin trong thú y Theo thông tư số 03/2012/TT-BNNPTNT ban hành ngày 16 tháng 01 năm 2012 đã đưa Enrofloxacin vào danh mục hóa chất, kháng sinh cấm sử dụng trong sản xuất, kinh doanh thủy sản [9]

1.1.7 Đặc trưng của vi sinh vật bị ức chế

Đặc trưng cho E coli bị ức chế là tính nhạy cảm, (Susceptible - S), tính trung gian,

(Intermediate - I) và tính kháng, (Resistant - R)

Đặc trưng cho tổng vi khuẩn bị ức chế là tính mất khả năng phân hủy chất hữu cơ: dựa vào phương trình động học quá trình phân hủy chất hữu cơ bằng vi sinh vật:

- dC/dt = KC

trong đó:

C: nồng độ chất hữu cơ có khả năng bị oxy hóa tại thời điểm t (mg/L)

T: thời điểm t từ lúc bắt đầu tiến hành phản ứng oxy hóa sinh hóa (ngày)

K: hằng số tốc độ của phản ứng

1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến đề tài

1.2.1 Các nghiên cứu nước ngoài

Ở nước ngoài, sự nghiên cứu về ảnh hưởng của chất kháng sinh dựa vào sự ảnh hưởng đến hệ thủy sinh và sự phân hủy chất hữu cơ trong môi trường nước của vi sinh vật Nghiên cứu tiêu biểu là được thực hiện bởi phòng thí nghiệm của Đại học Gothenburg (Thụy Điển) Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng [10], vì vi khuẩn là sinh vật nhạy cảm nhất đối với kháng sinh, nên các tác giả của nghiên cứu này nhằm mục đích trình bày mức độ độc tính hiện nay của kháng sinh đối với vi khuẩn trong các tình huống tiếp xúc đơn và pha trộn Các độc tính đơn được đánh giá bằng cách sử dụng phương pháp xét nghiệm vi khuẩn tiêu chuẩn (Pseudomonas putida), một phương pháp mới sử dụng cộng đồng nhân tạo (B.O.D.seed) và các màng sinh học tự nhiên (Limnic periphyton community) trong phòng thí nghiệm Tất cả các chất có độc tính đối với vi khuẩn nơi Quinolones (các chất độc hại nhất là Ciprofloxacin) cho thấy độc tính hơn so với Sulfonamides Về độc tính đơn chất, các bài kiểm tra sinh học được sắp xếp theo thứ

tự khác nhau mà dường như là chất phụ thuộc Đánh giá độc tính đơn chất trong ba bài kiểm tra sinh học khác nhau cũng đã chứng minh nhìn vào toàn bộ đường cong là rất cần thiết để xác định tính độc của một chất

Tại Mỹ, bốn kháng sinh nhóm Fluoroquinolones (Ciprofloxacin, Norfloxacin, Enrofloxacin, Sarafloxacin) đã được báo cáo với nồng độ trung bình từ không thể

phát hiện đến 0,12 µg/L trong nước mặt (Koplin et al 2002) Tại Đức, Fluoroquinolones (Ciprofloxacin, Norfloxacin) được tìm thấy rải rác trong các mẫu nước mặt với nồng độ <10ng/L (Christian et al 2002) [11]

Fluoroquinolones được tìm thấy trong nước thải và bùn thải đầu ra từ một khu vực đông dân cư ở Thụy Sĩ, dao động tương ứng từ 255 – 568 ng/L và 36 – 106 ng/L (Golet et al 2002a) Mặc dù nồng độ tồn tại trong nước mặt của của sông thấp nhưng dai dẳng Sự phân hủy sinh học của quinolone thấp nên ảnh hưởng đến môi trường nước, sự hiện diện của Fluoroquinolones có khả năng tác động đến quá trình tự làm sạch của nước mặt vì làm giảm mật độ vi khuẩn trong nước [12]

Một nghiên cứu của Boxall et al.2003 đã đưa ra một số loại kháng sinh được cho là gây ô nhiễm môi trường Các hợp chất này đã được tìm thấy trong nguồn nước: Chlortetracycline, oxolinic acid, oxytetracycline, tetracycline Hơn nữa, trong một cuộc điều tra được thực hiện ở 139 khu vực vùng hạ lưu (Mỹ), nơi tập trung đô thị và các trang trại chăn nuôi đã cho thấy hơn 90 chất ô nhiễm hữu cơ, trong đó kháng sinh

sử dụng cho con người và thú y là 21 chất [13]

Tại Đức, nhiều sản phẩm thuốc đã được phát hiện trong nước ngầm có thể bị ô nhiễm bởi nước thải (Sacher et al.2001) Các nhà nghiên cứu đã phân tích 105 mẫu nước giếng, kết quả hiện diện 60 loại thuốc trong đó 39 hợp chất được phát hiện ở nồng độ

từ 10 – 100 ng/L Những nghiên cứu về nước ngầm ở nhiều quốc gia trong những năm gần đây đã xác định các hợp chất như kháng sinh có thể làm thay đổi cân bằng sinh thái [13]

Các kháng sinh Ciprofloxacin (tối đa 0,12 mg/L), Norfloxacin (tối đa 0,11 mg/L) và Ofloxacin (tối đa 0,1 mg/L) của nhóm Flouroquinolones đã thường xuyên được phát hiện trong nước thải đầu ra tại tám nhà máy xử lý nước thải thuộc 5 thành phố Canada (Miao et al.2004) Nồng độ cao của kháng sinh Ofloxacin cũng được tìm thấy trong nước thải từ các nhà máy xử lý nước thải ở các nước thải Châu Âu (Pháp: 330 – 510 ng/L; Ý: 290 – 580 ng/L; Hy Lạp: 460 ng/L) (Andreozzi et al 2003) Tại Đức, sự

hiện diện Ciprofloxacin với nồng độ 0,7 – 124,5 µg/L đã được tìm thấy ở nước thải bệnh viện (Hartmann et al 1999) [11,12]

1.2.2 Các nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu sự tồn lưu của kháng sinh đồng thời với sự xuất hiện của một số nhóm vi khuẩn kháng sinh ở các khu vực nuôi tôm ven biển của tác giả Tuấn và cộng sự, 2004 Kết quả nghiên cứu cho thấy các khảo sát sơ bộ đã được triển khai đầu tiên ở Việt Nam để đánh giá sự tồn lưu của 4 nhóm kháng sinh Norfloxacin, axit oxolinic, trimethoprim và sulfamethoxazole tại các vùng nuôi tôm trong các khu vực đất ngập nước ven biển điển hình ở Việt Nam (Tiền Hải, Giao Thủy, Xuân Thủy, Cần Giờ và

Cà Mau) Các kết quả nghiên cứu đã khẳng định sự tích lũy đáng kể lượng các chất kháng sinh trong nước và bùn cũng như tại các sông, rạch tiếp nhận do sử dụng quá mức các chất kháng sinh

Nghiên cứu sự tích lũy của các dư lượng kháng sinh và chất gây rối loạn nội tiết tại lưu vực sông Sài Gòn – Đồng nai và đề xuất giải pháp giám sát, kiểm soát ô nhiễm của tác giả Nguyễn Đình Tuấn (2012) Kết quả nghiên cứu đã cho thấy nồng độ dư lượng khá cao của kháng sinh FQs, TCs và chất gây rối loạn nội tiết PEs tại nhiều vùng thuộc sông Sài Gòn và các khu vực lân cận với tần suất xuất hiện fluoroquinolone (FQs) trong nước khoảng 33%, trong bùn khoảng 62%; tetracylines (TCs) trong nước khoảng 33%, trong bùn khoảng 57%; phthalate ester (PEs) trong nước khoảng 25%, trong bùn khoảng 100% Nghiêm trọng hơn, một số chất nguy hại này có nồng độ khá cao ở khu vực 2 nhà máy nước Hóa An và Biên Hòa [1]

Một số nghiên cứu về chất kháng sinh trong trầm tích khu vực Tp HCM [14] cũng

đã cho thấy sự biến động, di chuyển của một số chất kháng sinh trong E coli

Một nghiên cứu mô tả cắt ngang được triển khai nhằm thu thập số liệu kháng kháng sinh và số liệu mua kháng sinh từ 15 bệnh viện vào năm 2009 Nghiên cứu phân tích

số liệu kháng kháng sinh từ vi khuẩn phân lập được trong các loại bệnh phẩm sau: máu, dịch não tủy, nước tiểu, đờm, mủ Mức độ sử dụng kháng sinh được đánh giá dựa trên số liệu mua kháng sinh của các khoa dược bệnh viện và số liệu về qui mô

giường bệnh, công suất sử dụng giường bệnh, từ đó tính tác dụng trung bình ngày trên 100 ngày giường (DDD/100 ngày giường) Kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ

sử dụng kháng sinh tương đối cao so với các nước khác trên thế giới, tình trạng kháng kháng sinh cũng cho thấy mức độ đáng báo động tại tất cả các bệnh viện Mức độ

kháng kháng sinh phổ biến trong nhóm vi khuẩn Gram-âm bao gồm: Acinetobacter

sp., Pseudomonas, E coli và Klebsiella sp Nhìn chung, khoảng 30-70% vi khuẩn

Gram âm kháng các kháng sinh 3 cephalosporin thệ hệ 3 và 4, xấp xỉ 40-60% kháng với các kháng sinh nhóm aminoglycosides và fluoroquinolones Có tới 40% các

chủng Acinetobacter giảm nhậy cảm với imipenem Tỉ lệ kháng cao nhất của các vi

khuẩn Gram âm với kháng sinh nhóm cephalosporin thế hệ 4 tại các bệnh viện khu vực phía Bắc nơi mà có mức độ sử dụng nhóm kháng sinh này cao hơn hai khu vực còn lại, điều này chứng tỏ có sự liên quan giữa mức độ sử dụng kháng sinh và tình trạng kháng kháng sinh [15]

Theo nghiên cứu năm 2006 của TS Dương Hồng Anh về phân tích đánh giá sự có mặt của các kháng sinh họ fluoroquionolon trong nước thải bệnh viện, đã phát hiện thấy hàm lượng kháng sinh ciproxacin và norfloxacin trong nước thải chưa xử lí và

Hình 1.1 Vị trí địa lý lưu vực sông Sài Gòn [17]

Lưu vực sông Sài Gòn là tiểu lưu vực trong hệ thống lưu vực sông Đồng Nai, nằm tọa độ địa lý trong khoảng từ 10,750 đến 11,90 vĩ độ Bắc và từ 106,20 đến 106,80 kinh độ Đông [18]

Đặc điểm địa hình - địa mạo:

Lưu vực sông Sài Gòn có đặc điểm địa hình như sau: [18]

- Hướng dốc bắc-nam; đông-tây và tây-đông;

- Dạng đồi gò: tập trung ở phía bắc, 50 - 100 m, 25%;

- Dạng bằng, cao xen đồng bằng hẹp: tập trung ở trung lưu, 10 - 50 m, 55%;

- Dạng trũng thấp: nằm ven sông Sài Gòn, 0,5 - 10 m, 20%, nắm từ Bến Súc đến

ngã ba sông Nhà Bè

Đặc điểm hệ thống kênh, sông:

Mạng lưới sông kênh rạch hạ lưu sông Sài Gòn - Đồng nai vốn phức tạp cộng với ảnh hưởng chế độ bán nhật triều không đều của Biển Đông đã hình thành nhiều vùng giáp nước - nơi mà tốc độ dòng chảy rất thấp hoặc thậm chí bằng không - đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng đọng và tích tụ ô nhiễm trên kênh rạch

Sông Sài Gòn chảy qua 10 quận và vùng trung tâm Tp HCM: Củ chi (cửa vào phía bắc), Hóc Môn, quận 12, quận Gò Vấp, quận Bình Thạnh, quận Thủ Đức, quận 2, quận 4, quận 9, nên ảnh hưởng của sông Sài Gòn đối với ngập úng, tưới tiêu thoát nước là trực tiếp và mạnh mẽ nhất [17]

Đặc điểm thổ nhưỡng – lớp phủ thực vật:

Đặc điểm thảm phủ thực vật, thổ nhưỡng, các tính chất của môi trường đất và chế độ canh tác đất có ảnh hưởng rất lớn đến sự xói mòn, rửa trôi đất bề mặt và từ đó ảnh hưởng rất mạnh đến chất lượng nước tự nhiên, một số hóa chất trong quá trình canh tác nông nghiệp có thể bị rửa trôi và tan vào nguồn nước Đất trong lưu vực sông Sài Gòn gồm 5 nhóm đất chính [18]

Thảm phủ thực vật trên lưu vực bao gồm hệ thống rừng tự nhiên và thảm thực vật canh tác nhằm đảm bảo tích trữ nước để điều hòa lưu lượng nước sông vào mùa khô

và hạn chế khả năng xói mòn, rửa trôi đất vào mùa mưa Lớp thực phủ ở lưu vực sông Sài Gòn hầu như không có do phần lớn diện tích là đất nông nghiệp và đất dân cư Tình hình môi trường của vùng khá nghiêm trọng nếu xét tương quan độ che phủ rừng và diện tích của lưu vực

1.3.2 Tầm quan trọng của tài nguyên nước mặt sông Sài Gòn

Tài nguyên nước mặt sông Sài Gòn đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc cấp nước sinh hoạt, tưới tiêu phát triển nông nghiệp trong toàn bộ lưu vực

Bảng 1.1 Tình trạng tài nguyên nước mặt ở tiểu lưu vực sông Sài Gòn [19]

chảy

Tổng W (Km 2 ) (m 3 /s) (l/s.km 2 ) (mm) (mm) (10 6 m 3 )

Trong đó: Qo : Lưu lượng dòng chảy trung bình năm

Yo : Độ bốc hơi trung bình nhiều năm, tính cho cả năm

Xo : Lượng mưa trung bình nhiều năm, tính cho cả năm

W : Tổng lượng dòng chảy năm, tính bình quân cho nhiều năm

Trên lưu vực sông Sài Gòn hiện đã có 1 hồ chứa nước đang được khai thác sử dụng cho thủy lợi và điều tiết lưu lượng dòng chảy ở phía hạ lưu hồ Dầu Tiếng và đập thủy lợi Dầu Tiếng (thượng nguồn sông Sài Gòn) Ngoài ra, trong tương lai khi hồ Phước Hòa được xây dựng sẽ chuyển nước sông Bé sang hồ Dầu Tiếng làm tăng cường khả năng cấp nước công nghiệp và dân sinh cho Tp HCM, Bình Dương, Tây Ninh và

Bình Phước; cấp nước tưới cho 58.350 ha đất nông nghiệp trong lưu vực; xả đẩy mặn sông Sài Gòn; cải thiện môi trường và chất lượng nguồn nước sông

Ngoài ra, sông Sài Gòn còn cung cấp nước cho toàn bộ các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của khu vực Tp HCM

1.3.3 Ô nhiễm nước sông Sài Gòn

Ảnh hưởng của các khu công nghiệp [20]:

Theo số liệu thống kê đến cuối năm 2009, toàn vùng hạ lưu hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai có 81 khu công nghiệp (KCN) và khu chế xuất (KCX), chiếm 35,53% về

số lượng KCN - KCX so với cả nước (228 khu) Tổng số cơ sở sản xuất công nghiệp trên địa bàn khu vực nghiên cứu là 79.808 cơ sở, trong đó có 274 doanh nghiệp (DN) nhà nước (chiếm 0,34%), 13.315 DN tư nhân (16,68%), 526 cơ sở tập thể (0,66%), 60.768 cơ sở sản xuất cá thể (76,14%), 2.000 cơ sở dạng hỗn hợp (2,51%) và 2.927 doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài (3,67%) Đáng lưu ý là số lượng doanh nghiệp

có vốn đầu tư nước ngoài liên tục tăng nhanh trong những năm gần đây Giá trị sản xuất công nghiệp của toàn vùng theo giá thực tế năm 2009 đạt 1.175.510 tỷ đồng Trong năm 2009, các cơ sở sản xuất công nghiệp trong vùng tạo việc làm cho khoảng 2,23 triệu lao động

Trong số 81 KCN - KCX được thành lập, có 76 khu đang hoạt động với tổng diện tích đất đã cho thuê đạt 12.047 ha, hàng ngày thải ra hệ thống sông Đồng Nai khoảng 482.000 m3 nước thải công nghiệp (tạm tính với tiêu chuẩn thải bình quân 40

m3/ha/ngày đêm) Hiện tại đa số các KCN - KCX này đều đã xây dựng xong và đưa vào vận hành hệ thống xử lý nước thải tập trung, tuy nhiên tại một số khu công nghiệp,

do cơ sở hạ tầng chưa hoàn chỉnh, đặc biệt là hệ thống thoát nước thải tách riêng khỏi nước mưa, nên việc đấu nối nước thải từ các cơ sở vào hệ thống thoát nước thải để đưa về trạm xử lý tập trung còn gặp nhiều khó khăn

Hình 1.1 Phân bố các nguồn thải lưu vực hạ lưu sông Sài Gòn Đồng Nai [20]

Ảnh hưởng bởi nước thải sinh hoạt từ các đô thị:

Theo số liệu thống kê năm 2009, dân số của các địa phương thuộc khu vực nghiên cứu là 11.841.799 người với mật độ dân số trung bình 1.232 người/km2, tỷ lệ dân số

đô thị đạt 64,84% Đây là một trong những khu vực có tỷ lệ đô thị hóa lớn nhất cả nước với các đô thị lớn là Tp HCM, Biên Hòa, Vũng Tàu, Thủ Dầu Một

Hình 1.2 Phân bố các nguồn thải trong lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai [20]

Lượng nước thải sinh hoạt hiện nay tại các đô thị trong vùng nghiên cứu ước tính vào khoảng 1.421.000 m3/ngày (tạm tính với tiêu chuẩn xả thải bình quân đầu người là

120 lít/người/ngày và dân số đô thị năm 2009 là 11.841.799 người) Nước thải sinh hoạt tại các đô thị nói chung là có nồng độ các chất ô nhiễm tương đối cao