20世纪初的重大标志是发现并大量生产天然抗生素(从生产这些分子的微生物中提取)或通过化学合成获得抗生素。天然抗生素包括β-内酰胺类抗生素(包括青霉素)、氨基糖苷类、四环素类和大环内酯类。其中大部分天然分子经过化学修饰,成为半合成抗生素和合成抗生素。磺胺类和喹诺酮类是人类直接合成的药物分子。从20世纪40年代到现在,人类和动物使用的抗生素呈指数级增长,相当于向环境中释放了数百万吨抗生素。抗生素对环境的污染主要有三种来源:
工业抗生素生产厂将其生产的部分抗生素分散到它们的水生环境中;饲养用抗生素治疗过的养殖动物;接受抗生素治疗的人。
3.1. 抗生素生产工厂
抗生素生产工厂通过废水排放向外释放了大量的抗生素。在大量生产抗生素的国家,特别是在欧洲、美国、中国和印度,目前在环境污染方面的监管限制是不够的。在一些生产工厂的废水中检测到抗生素浓度超过1毫克/升[7]。这些浓度对环境微生物群落有显著影响。此外,这些抗生素在环境中广泛传播,污染地下水。
3.2. 兽医使用的抗生素
养殖动物(很少包含野生动物)的抗生素使用约占抗生素总产量的60%,并且还在持续增加[8]。全世界每年施用于牲畜、低地动物和水产养殖的抗生素超过10万吨[9]。最常用的抗生素是四环素,其次是青霉素和磺胺类。然而,β-内酰胺类抗生素、氨基糖苷类、氯霉素类、大环内酯类和糖肽类也同样受到关注。用于人类和动物的抗生素属于同一家族,因此也会被相同的抗菌素耐药性机制失效。抗生素用于治疗和预防饲养动物的传染病(抗生素预防),或者作为食物补充剂。为了治疗和预防细菌感染,即使只有少数动物生病,抗生素也经常被添加到饮用水或整个农场的饲料中。系统地使用抗生素作为饲料补充剂(尤其是家畜、家禽、鱼类等)是为了提高牲畜的生产力(例如,就生产肉的量而言)。
数十年来,这种以盈利为目的使用抗生素的做法占绝大多数。目前这种做法在欧洲禁止使用,但在许多国家仍然存在。这种做法被认为是定植于这些动物消化道内细菌(如大肠杆菌)产生抗生素耐药性的主要原因。大多数从这些动物中筛选出来的耐药细菌可以通过与人类接触或被污染的食品传播给人类。此外,施用于动物的抗生素也以活性形式存在于它们的粪便中。这些农场的废水通常直接排放到水环境中,或未经事先处理就用于灌溉作物。
3.3. 人类对抗生素的使用
人类使用抗生素治