Sulphadimidine Bolus

Sulfamethoxazine ức chế trực tiếp quá trình tổng hợp DNA, RNA và protein của vi khuẩn bằng cách ngăn chặn quá trình chuyển hóa folate. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong các hệ thống oxy hóa amoniac kỵ khí, hiệu suất khử nitrat của bùn cỡ hạt nhỏ (<0.5 mm) significantly decreases, and its nitrate reductase and nitrite reductase activities decrease, leading to a decrease in ammonia nitrogen removal rate. This inhibitory effect is directly related to microbial metabolic activity. Small particle sludge has high mass transfer efficiency and fast proliferation rate, but low microbial diversity makes it more susceptible to sulphadimidine stress.

Sulfamethoxazine induces oxidative stress response in microorganisms, upregulating the expression of glutathione peroxidase genes (gpx), superoxide dismutase genes (SOD1/SOD2), and catalase genes (katE/katG). In the activated sludge system, exposure to sulphadimidine leads to an increase in the secretion of extracellular polymeric substances (EPS) by microorganisms, with a significant increase in protein and polysaccharide content, forming a protective barrier to reduce drug toxicity. However, high concentrations of sulphadimidine (>50 mg/L) có thể làm hỏng tính toàn vẹn của màng tế bào, dẫn đến rò rỉ các chất nội bào và làm chết tế bào.

Sulfamethoxazine có tác dụng kép lên sự biểu hiện của các gen chức năng của vi sinh vật:

Các gen chuyển hóa cơ bản: Trong bùn oxy hóa ammonium kỵ khí có đường kính-lớn (1,0-2,0 mm), các enzyme chủ chốt trong chu trình axit tricarboxylic, chẳng hạn như citrate synthase và succinate dehydrogenase, tương đối phong phú, cho thấy khả năng kháng thuốc của chúng bằng cách duy trì hoạt động trao đổi chất cơ bản.
Gen kháng thuốc: sulphadimidine gây ra sự biểu hiện của gen phản ứng SOS (recA, recX, lexA), thúc đẩy chuyển gen ngang (HGT) và thúc đẩy sự tích tụ của các gen kháng đa thuốc (như cpxR, mexB).

Hai chủng vi khuẩn kháng sulfamethazine (Pseudomonas asiatica sp. nov.) được phân lập từ hệ thống oxy hóa amoniac kỵ khí cho thấy rằng plasmid là vật trung gian chính thúc đẩy quá trình chuyển gen kháng đa thuốc. Tỷ lệ gen kháng kháng sinh (ARG) trong nhiễm sắc thể của cả hai chủng vi khuẩn đều dưới 10%, trong khi tỷ lệ ARG trên plasmid dao động từ 52,0% đến 58,3%. Trong số đó, plasmid pKF7158B là plasmid kháng trội, khác với plasmid pKF715A trong bùn, cho thấy các gen kháng được truyền giữa các vi sinh vật khác nhau thông qua chuyển tiếp liên hợp plasmid.

Kích thước hạt khác nhau của bùn oxy hóa amoni kỵ khí thể hiện các chiến lược kháng khác nhau:

Bùn kích thước hạt nhỏ: dựa vào EPS dày đặc để tạo thành rào cản vật lý, nhưng ARG và các yếu tố di truyền di động (MGE) đóng góp ít hơn và có khả năng đề kháng hạn chế.
Bùn cỡ trung bình (0,5-1,0 mm): đẩy nhanh quá trình chuyển gen ngang bằng cách tổng hợp protein ngoại bào và tăng số lượng tiên mao, đồng thời chứa nhiều MGE hơn để thúc đẩy sự khuếch tán của gen kháng.
Bùn kích thước hạt lớn: Bằng cách sử dụng các đặc tính dự phòng chức năng và bảo tồn không gian, nó thúc đẩy sự tích tụ các gen kháng đa thuốc như cpxR và mexB bằng cách tăng hoạt động kinase gây stress oxy hóa, hoạt động của hệ bài tiết và hình thành pili.

Dưới áp lực của sulphadimidine, vi sinh vật duy trì chức năng của chúng bằng cách tái cấu trúc các con đường trao đổi chất:

Chuyển hóa nitơ: Sự phong phú tương đối của vi khuẩn khử nitrat (như Thauera và Zoogloea) trong bùn hạt lớn tăng lên, bù đắp cho sự ức chế hoạt động oxy hóa amoniac kỵ khí bằng cách tăng cường khả năng khử nitrat và nitrit.
Chuyển hóa carbon: Hoạt động của các enzyme glycolytic chủ chốt như glucose-6-phosphate isomerase và pyruvate kinase tăng lên, thúc đẩy quá trình phân hủy chất hữu cơ để cung cấp năng lượng.
Chuyển hóa thiometabolism: Vi khuẩn khử sunfat (như Desulfovibrio) tạo ra hydro sunfua bằng cách khử sunfat, vô hiệu hóa tác hại oxy hóa của sulphadimidine.