تعهد نامه
مجله پژوهش در بهداشت محیط

مجله پژوهش در بهداشت محیط

جداسازی و شناسایی باکتری‌های لجن مازاد فاضلاب شهری و بررسی مقاومت آن‌ها در برابر آموکسی سیلین و جنتامایسین

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان
الهه خیامی 1
رویا مافی غلامی 2
شهروز ساویز 3
هادی فارسیانی 4
امیرحسین ساری 5
1 دانشجوی دکترا، گروه محیط زیست، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 دانشیار، محیط زیست آب و فاضلاب، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 استاد، مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
4 استادیار، گروه میکروب‌شناسی و ویروس‌شناسی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران.
5 استادیار، مرکز تحقیقات فناوری‌های کوانتومی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
10.22038/jreh.2026.28094
چکیده
زمینه و هدف: مدیریت پایدار لجن فاضلاب شهری (MSS) و تثبیت آن به‌منظور کاهش پاتوژن‌ها و بوهای نامطبوع، از ضرورت‌های زیست‌محیطی حائز اهمیت است. با این‌حال، ورود باقی‌مانده‌های آنتی‌بیوتیکی به سیستم‌های فاضلاب می‌تواند بر تنوع و عملکرد جوامع میکروبی تأثیر گذاشته و چالش‌های جدیدی را در فرآیندهای تثبیت بیولوژیکی ایجاد کند. بر این اساس، پژوهش حاضر با هدف جداسازی و شناسایی سویه‌های باکتریایی از نمونه‌های لجن مازاد فاضلاب شهری و بررسی الگوی مقاومت آن‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌های آموکسیسیلین و جنتامایسین طراحی گردید تا میزان اثرگذاری این ترکیبات بر عملکرد این سویه‌ها مورد ارزیابی قرار گیرد.

مواد و روش‌ها: در این مطالعه توصیفی-تحلیلی، سویه‌های باکتریایی از لجن مازاد فاضلاب شهری جداسازی شدند. تعیین هویت این سویه‌ها از طریق آزمون‌های بیوشیمیایی صورت گرفت و الگوی مقاومت آنتی‌بیوتیکی آن‌ها در برابر دو آنتی‌بیوتیک آموکسیسیلین و جنتامایسین، با استفاده از روش انتشار دیسک (Disk Diffusion) مورد ارزیابی قرار گرفت.

یافته‌ها: نتایج بررسی‌ها نشان داد که میزان مقاومت آنتی‌بیوتیکی در عوامل باکتریایی جداشده از لجن مازاد به‌طور قابل‌توجهی بالا است. در میان آنتی‌بیوتیک‌های بررسی شده، بیشترین میزان مقاومت مربوط به آموکسیسیلین بود.

نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش حاکی از آن است که مصرف بی‌رویه و نادرست آنتی‌بیوتیک‌ها در بخش بهداشت و درمان، منجر به افزایش مقاومت میکروبی در محیط‌های تصفیه فاضلاب شده است. لذا بازنگری در پروتکل‌های مدیریت داروهای مصرف‌نشده و بهینه‌سازی روش‌های تثبیت لجن با در نظر گرفتن اثرات آنتی‌بیوتیک‌ها توصیه می‌گردد.
کلیدواژه‌ها
لجن مازاد
فاضلاب شهری
باکتری تثبیت کننده
آنتی بیوتیک
مقاومت آنتی بیوتیکی

عنوان مقاله English

Isolation and Identification of Municipal Excess Sludge and Investigation of Its Resistance to Amoxicillin and Gentamicin

نویسندگان English

Elahe khayyami 1
Roya Mafigholami 2
Saviz, Shahrooz 3
, Hadi Farsiani 4
Amir Hossein Sari, 5
1 - PhD. Student, Department of Environment, West Tehran Branch, Azad Islamic University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Water and Wastewater Environment, West Tehran Branch, Azad Islamic University, Tehran, Iran
3 Professor, Plasma Physics Research Center, Science and Research Branch, Azad Islamic University, Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Department of Microbiology & Virology, Faculty of Medicine, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran.
5 Assistant Professor, Quantum Technologies Research Center, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

Background and Objective: Sustainable Municipal Sewage Sludge Management (MSS ) and its stabilization to reduce pathogens and unpleasant odors are critical environmental imperatives. However, the influx of antibiotic residues into wastewater systems can affect the diversity and function of microbial communities, posing new challenges for biological stabilization processes. Consequently, the present study was designed to isolate and identify bacterial strains from municipal excess sludge samples and analyze their resistance patterns against amoxicillin and gentamicin, in order to evaluate the impact of these compounds on the performance of these strains.

Materials and Methods: In this descriptive-analytical study, bacterial strains were isolated from municipal waste activated sludge. The strains were identified via biochemical tests, and their antibiotic resistance patterns against amoxicillin and gentamicin were evaluated using the disk diffusion method.

Results: The results demonstrated a significantly high level of antibiotic resistance among the bacterial agents isolated from the waste activated sludge. Among the antibiotics studied, the highest resistance was observed toward amoxicillin.

Conclusion: The findings indicate that the excessive and improper use of antibiotics in healthcare has led to increased microbial resistance within sewage treatment environments. Consequently, it is recommended to revise protocols for managing unused medications and optimize sludge stabilization methods by considering the influence of antibiotics.

Open Access Policy: This is an open access article under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits use, distribution and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. To view a copy of this licence, visit https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

کلیدواژه‌ها English

Waste Activated Sludge
Municipal Sewage
Stabilizing Bacteria
Antibiotic
Antibiotic Resistance
1. Jun Guo a, Yue Hu a, Yunkun Qian a, Yijun Shi a, Dong An Review analysis and challenges of sludge-conditioner interactions: Promoting the harmonious integration of experiments and simulations. Chemical Engineering Journal .Volume 496, 15 September 2024, 153983 https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153983.
2. Nikola Major, Sven Jechalke, Joseph Nesme, Smiljana Goreta Ban, Marko Černe, Søren J. Sørensen, Dean Ban, Rita Grosch, Adam Schikora, Jasper Schierstaedt, Influence of sewage sludge stabilization method on microbial community and the abundance of antibiotic resistance genes, Waste Management, Volume 154,2022,Pages 126-135,ISSN 0956-053X, https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.09.033.
3. Fytili, D., Zabaniotou, A., 2008. Utilization of sewage sludge in EU application of old and new methods—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 12, 116–140.
4. Mininni, G., Blanch, A.R., Lucena, F., Berselli, S., 2015. EU policy on sewage sludge utilization and perspectives on new approaches of sludge management. Environ. Sci. Pollut. R. 22 (10 ), 7361–7374.
5. Wang, K., Larkin, T., Singhal, N., Zhuang, T., 2019. Amendment of municipal sewage sludge with lime and mussel shell: Effects on fate of organic matter and pharmaceutically active compounds. Waste Manage. 85, 272–282
6. Kazimierczak, M., 2012. Sewage sludge stabilization indicators in aerobic digestion – areview. Ann. Warsaw Univ. of Life Sci. – SGGW, Land Reclam. 44 (2 ), 101–109.
7. Song, K., Xie, G.-J., Qian, J., Bond, P.L., Wang, D., Zhou, B., Liu, J., Wang, Q., 2017. Improved degradation of anaerobically digested sludge during post aerobic digestion using ultrasonic pretreatment. Environ. Sci.: Water Res. Technol. 3, 857–864.
8. Y.J. Xiang, X. Yang, Z.Y. Xu, W.Y. Hu, Y.Y. Zhou, Z.H. Wan, Y.H. Yang, Y.Y. Wei, J. Yang, D.C.W. Tsang, Fabrication of sustainable manganese ferrite modified biochar from vinasse for enhanced adsorption of fluoroquinolone antibiotics: effects and mechanisms, Sci. Total Environ. 709 (2020 ) 136079, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136079.
9. W.L. Jia, C. Song, L.Y. He, B. Wang, F.Z. Gao, M. Zhang, G.G. Ying, Antibiotics in soil and water: occurrence, fate, and risk, Curr. Opin. Environ. Sci. Health 32 (2023 ) 100437, https://doi.org/10.1016/j.coesh.2022.100437.
10. J. Lyu, L. Yang, L.S. Zhang, B.X. Ye, L. Wang, Antibiotics in soil and water in China- a systematic review and source analysis, Environ. Pollut. 266 (2020 ) 115147,https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115147.
11. J.M.A. Blair, M.A. Webber, A.J. Baylay, D.O. Ogbolu, L.J.V. Piddock, Molecular mechanisms of antibiotic resistance, Nat. Rev. Microbiol. 13 (2015 ) 42–51, https:// doi.org/10.1038/nrmicro3380
12. G.Y. Yin, L.J. Hou, M. Liu, Y.L. Zheng, X.F. Li, X.B. Lin, J. Gao, X.F. Jiang, R. Wang, C.D. Yu, Effects of multiple antibiotics exposure on denitrification process in the Yangtze Estuary sediments, Chemosphere 171 (2017 ) 118–125, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.12.068.
13.Yingxue Sun, Yuzhu Jiao, Mengyan Wang, Yikan Zhao, Yuting Han, Qianyuan Wu, Shibata Toshiyuki, Chun Wang, Effect of sludge retention time on the removal of fluoroquinolone antibiotics in wastewater treatment of activated sludge, Journal of Water Process Engineering, Volume 59,2024,104941,ISSN 2214-7144,https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.104941.
14. Qin, K., Zhao, Q., Yu, H., Xia, X., Li, J., He, S., Wei, L., An, T., 2021. A review of bismuthbased photocatalysts for antibiotic degradation: insight into the photocatalytic degradation performance, pathways and relevant mechanisms. Environ. Res. 199, 111360 https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.111360.
15. Nnorom, M., Saroj, D., Avery, L., Hough, R., Guo, B., 2023. A review of the impact of conductive materials on antibiotic resistance genes during the anaerobic digestion of sewage sludge and animal manure. J. Hazard. Mater. 446, 17. https://doi.org/ 10.1016/j.jhazmat.2022.130628.
16. Shiyu Yin, Le Gao, Xiumin Fan, Shuhong Gao, Xu Zhou, Wenbiao Jin, Zhongqi He, Qilin Wang, Performance of sewage sludge treatment for the removal of antibiotic resistance genes: Status and prospects, Science of The Total Environment, Volume 907,2024,167862,ISSN 0048-9697,https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167862.
17. Kafilzadeh F, Khaledi Z. Evaluation of the isolated bacteria from activated sludge of Asalouyeh Special Zone municipal wastewater treatment for bioaugmentation of kerosene-contaminated soils. Iranian Journal of Health and Environment. 2016;9(2 ):211-22.
18. Hosseini F, Malekzadeh F, Amirmozafari N, Ghaemi N. Biodegradation of anionic surfactants by isolated bacteria from activated sludge. International Journal of Environmental Science and Technology. 2007;4(1 ):127-32.
19. Juteau P, Bisaillon J-G, Lépine F, Ratheau V, Beaudet R, Villemur R. Improving the biotreatment of hydrocarbons-contaminated soils by addition of activated sludge taken from the wastewater treatment facilities of an oil refinery. Biodegradation.2003;14(1 ):31-40.
20. Lulijwa, R., Rupia, E.J., Alfaro, A.C., 2019. Antibiotic use in aquaculture, policies and
regulation, health and environmental risks: a review of the top 15 major producers.
Rev. Aquac. 12 (2 ), 640–663. https://doi.org/10.1111/raq.12344.
21. Zhang, Z.H., Li, X., Liu, H., Zamyadi, A., Guo, W.S., Wen, H.T., Gao, L., Nghiem, L.D., Wang, Q.L., 2022e. Advancements in detection and removal of antibiotic resistance genes in sludge digestion: a state-of-art review. Bioresour. Technol. 344, 12. https:// doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126197.
22.Melvin, P. W., Brandi, L., Jean, B. P., Amy, J. M., Carey-Ann, B., Tony, M., et al., 2018. Performance Standards for Antimicrobial Disk Susceptibility Tests. 13th ed. CLSI Standard M02. Clinical and Laboratory Standards Institute, PA. USA.
23. Tesfaye, H., Alemayehu, H., Desta, A. F. & Eguale, T., 2019. Antimicrobial susceptibility profile of selected Enterobacteriaceae in wastewater samples from health facilities, abattoir, downstream rivers and a WWTP in Addis Ababa, Ethiopia. Antimicrobial Resistance and Infection Control, 8, 1-11. https://doi.org/10.1186/s13756-019-0588-1.
24. Afshari, M., Haddadi, A. & Shavandi, M., 2020. Prevalence assay of antibiotic resistance in enterobacteriaceae isolated from hospital and urban wastewaters in Karaj City. Journal of Water and Wastewater, 31, 68-76. (InPersian ). https://doi.org/10.22093/wwj.2019.174603.2841.
25. Cerne, M., Palˇci´c, I., Paskovi´c, I., Major, N., Romi´c, M., Filipovi´c, V., Igrc, M.D., Perˇcin, A., Goreta Ban, S., Zorko, B., Vodenik, B., Glaviˇc Cindro, D., Milaˇciˇc, R., Heath, D.J., Ban, D., 2019. The effect of stabilization on the utilization of municipal sewage sludge as a soil amendment. Waste Manage. 94, 27–38.
26. Liu, H.G., Zhou, X.Y., Huang, H.X., Zhang, J.S., 2019. Prevalence of antibiotic resistance
genes and their association with antibiotics in a wastewater treatment plant: process
distribution and analysis. Water 11, 14.
27. Wolters, B., Fornefeld, E., Jechalke, S., Su, J.Q., Zhu, Y.G., Sørensen, S.J., Smalla, K.,
Jacquiod, S., 2019. Soil amendment with sewage sludge affects soil prokaryotic community composition, mobilome and resistome. Fems Microbiology Ecology 95,14.
28. Savin, M., Bierbaum, G., Kreyenschmidt, J., Schmithausen, R. M., Sib, E., Schmoger, S., et al., 2021. Clinically relevant Escherichia coli isolates from process waters and wastewater of poultry and pig slaughterhouses in Germany. Microorganisms, 9, 698. https://doi.org/10.3390/microorganisms9040698