Ciprofloxacin degradation in anaerobic sulfate-reducing bacteria (SRB) sludge system: Mechanism and pathways

生物降解 细菌 化学 微生物学 流出 硫酸盐还原菌 环丙沙星 环境化学 生物化学 抗生素 生物 硫酸盐 有机化学 遗传学
作者
Yanyan Jia,Samir Kumar Khanal,Haoyue Shu,Huiqun Zhang,Guanghao Chen,Hui Lü
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:136: 64-74 被引量:182
标识
DOI:10.1016/j.watres.2018.02.057
摘要

Ciprofloxacin (CIP), a fluoroquinolone antibiotic, removal was examined for the first time, in an anaerobic sulfate-reducing bacteria (SRB) sludge system. About 28.0% of CIP was biodegraded by SRB sludge when the influent CIP concentration was 5000 μg/L. Some SRB genera with high tolerance to CIP (i.e. Desulfobacter), were enriched at CIP concentration of 5000 μg/L. The changes in antibiotic resistance genes (ARGs) of SRB sludge coupled with CIP biodegradation intermediates were used to understand the mechanism of CIP biodegradation for the first time. The percentage of efflux pump genes associated with ARGs increased, while the percentage of fluoroquinolone resistance genes that inhibit the DNA copy of bacteria decreased during prolonged exposure to CIP. It implies that some intracellular CIP was extruded into extracellular environment of microbial cells via efflux pump genes to reduce fluoroquinolone resistance genes accumulation caused by exposure to CIP. Additionally, the degradation products and the possible pathways of CIP biodegradation were also examined using the new method developed in this study. The results suggest that CIP was biodegraded intracellularly via desethylation reaction in piperazinyl ring and hydroxylation reaction catalyzed by cytochrome P450 enzymes. This study provides an insight into the mechanism and pathways of CIP biodegradation by SRB sludge, and opens-up a new opportunity for the treatment of CIP-containing wastewater using sulfur-mediated biological process.
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