Ảnh chụp X-quang của một con cá lambari bị nhiễm enrofloxacin được đánh dấu phóng xạ carbon-14. Nguồn ảnh: Patrícia Alexandre Evangelista

Kháng sinh ẩn trong cá sông

Các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Năng lượng Hạt nhân trong Nông nghiệp thuộc Đại học São Paulo (CENA-USP), do Patrícia Alexandre Evangelista dẫn đầu với sự hỗ trợ từ FAPESP, đã xác định được nhiều loại kháng sinh trong sông Piracicaba, một tuyến đường thủy chính ở bang São Paulo, Brazil. Phát hiện này được công bố trên tạp chí Environmental Sciences Europe, cho thấy những chất này không chỉ có trong nước mà còn tích tụ trong cá. Nhóm nghiên cứu cũng đã xem xét liệu một loại thực vật thủy sinh phổ biến trong khu vực, Salvinia auriculata, có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm này hay không.

Nghiên cứu kết hợp nhiều phương pháp, bao gồm giám sát môi trường, nghiên cứu về sự tích tụ chất ô nhiễm trong sinh vật, phân tích tổn thương di truyền ở sinh vật thủy sinh và các thí nghiệm sử dụng thực vật để loại bỏ chất gây ô nhiễm. Chiến lược toàn diện này cho phép nhóm nghiên cứu hiểu rõ hơn cả quy mô của vấn đề và các cách thức khả thi để giải quyết ô nhiễm liên quan đến việc sử dụng thuốc cho người và động vật.

Nguồn gây ô nhiễm và mô hình theo mùa

Các mẫu được thu thập gần đập Santa Maria da Serra, sát hồ chứa Barra Bonita, nơi các chất gây ô nhiễm từ khắp lưu vực sông có xu hướng tập trung. Khu vực này nhận nguồn ô nhiễm từ nước thải đã qua xử lý, nước thải sinh hoạt, hoạt động nuôi trồng thủy sản, chăn nuôi lợn và dòng chảy nông nghiệp.

Các nhà nghiên cứu đã phân tích nước, trầm tích và cá trong cả mùa mưa và mùa khô. Họ theo dõi 12 loại kháng sinh thường dùng thuộc các nhóm như tetracycline, fluoroquinolone, sulfonamide và phenol. "Kết quả cho thấy một mô hình theo mùa rõ rệt. Trong mùa mưa, hầu hết các loại kháng sinh đều có nồng độ dưới ngưỡng phát hiện. Tuy nhiên, trong mùa khô, khi lượng nước giảm và chất gây ô nhiễm trở nên đậm đặc hơn, các hợp chất khác nhau đã được phát hiện", Evangelista cho biết.

Nồng độ đo được dao động từ nanogram/lít trong nước đến microgram/kilogram trong trầm tích. Một số loại kháng sinh, bao gồm enrofloxacin và một số sulfonamide, được tìm thấy trong trầm tích ở nồng độ cao hơn so với các nghiên cứu tương tự trên toàn thế giới. Vì trầm tích giàu chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng như phốt pho, canxi và magiê, nên nó có thể lưu trữ các hợp chất này và có khả năng giải phóng chúng trở lại môi trường theo thời gian.

Phát hiện kháng sinh bị cấm trong cá

Một trong những phát hiện quan trọng nhất của nghiên cứu là việc tìm thấy chloramphenicol trong cá lambari (Astyanax sp.) được thu thập từ ngư dân địa phương ở vùng Barra Bonita. Chloramphenicol là một loại kháng sinh bị cấm sử dụng trong chăn nuôi ở Brazil chính vì những rủi ro liên quan đến độc tính của nó.

Chất này chỉ xuất hiện trong mùa khô, với nồng độ vài chục microgam trên mỗi kilogram. Vì cá lambari được tiêu thụ rộng rãi trong khu vực, điều này làm dấy lên lo ngại về khả năng phơi nhiễm kháng sinh thông qua thực phẩm.

Evangelista giải thích rằng chloramphenicol và enrofloxacin được chọn để tiến hành các thí nghiệm chi tiết trong phòng thí nghiệm vì tầm quan trọng của chúng đối với cả môi trường và sức khỏe con người. "Enrofloxacin được sử dụng rộng rãi trong chăn nuôi, bao gồm cả nuôi trồng thủy sản, cũng như trong y học cho người. Mặt khác, chloramphenicol vẫn được sử dụng ở người mặc dù đã bị cấm đối với động vật sản xuất thực phẩm và là một dấu mốc lịch sử về sự ô nhiễm dai dẳng", bà giải thích.

Cây thủy sinh có thể loại bỏ kháng sinh không?

Nhóm nghiên cứu cũng đã tìm hiểu xem liệu Salvinia auriculata, một loại thực vật nổi thường được coi là loài xâm lấn, có thể giúp làm sạch nước bị ô nhiễm hay không.

Trong các thí nghiệm có kiểm soát, cây được tiếp xúc với cả nồng độ điển hình trong môi trường và nồng độ cao gấp 100 lần đối với enrofloxacin và chloramphenicol. Các hợp chất được đánh dấu phóng xạ bằng carbon-14 được sử dụng để theo dõi chính xác cách các kháng sinh di chuyển qua nước, cây và cá.

"Kết quả cho thấy hiệu quả cao của cây Salvinia trong việc loại bỏ enrofloxacin. Trong các nghiệm thức có sinh khối cây cao hơn, hơn 95% kháng sinh đã được loại bỏ khỏi nước trong vòng vài ngày. Thời gian bán hủy của hợp chất giảm xuống còn khoảng hai đến ba ngày. Trong trường hợp chloramphenicol, quá trình loại bỏ chậm hơn và không hoàn toàn. Cây chỉ có thể loại bỏ từ 30% đến 45% kháng sinh khỏi nước, với thời gian bán hủy từ 16 đến 20 ngày, cho thấy hợp chất này tồn tại lâu hơn trong môi trường", nhà nghiên cứu báo cáo.

Các kỹ thuật hình ảnh cho thấy thuốc kháng sinh chủ yếu tích tụ ở rễ cây, cho thấy sự hấp thụ và lọc qua rễ đóng vai trò quan trọng.

Tác động phức tạp đến sự tiếp xúc của cá

Một trong những phát hiện khó khăn hơn liên quan đến cách các loại kháng sinh này hoạt động bên trong cá. Các thí nghiệm cho thấy việc giảm lượng kháng sinh trong nước không phải lúc nào cũng làm giảm lượng cá hấp thụ.

Enrofloxacin có xu hướng hòa tan trong nước và được cá lambari đào thải tương đối nhanh, với thời gian bán thải khoảng 21 ngày và tích lũy thấp trong mô. Chloramphenicol lại có đặc điểm rất khác. Nó tồn tại lâu hơn nhiều trong cá, với thời gian bán thải vượt quá 90 ngày và có xu hướng tích tụ mạnh trong mô.

Sự hiện diện của cây Salvinia auriculata đã làm thay đổi những động thái này. Mặc dù cây này làm giảm nồng độ kháng sinh trong nước, nhưng đôi khi nó lại làm tăng tốc độ hấp thụ kháng sinh của cá. Một lời giải thích khả thi là cây này làm thay đổi dạng hóa học của kháng sinh, khiến chúng dễ dàng được cá hấp thụ hơn.

"Điều này cho thấy việc sử dụng thực vật như “miếng bọt biển” để hấp thụ chất gây ô nhiễm không phải là chuyện đơn giản. Sự hiện diện của thực vật thủy sinh làm thay đổi toàn bộ hệ thống, bao gồm cả cách sinh vật tiếp xúc với chất gây ô nhiễm," Evangelista nhận xét.

Tổn thương DNA ở cá và các biện pháp bảo vệ tiềm năng

Nghiên cứu cũng xem xét tổn thương di truyền ở cá. Chloramphenicol làm tăng đáng kể tổn thương DNA, được đo bằng những thay đổi trong tế bào máu như vi nhân và các bất thường khác. Tuy nhiên, khi có sự hiện diện của Salvinia auriculata, tổn thương này giảm đi và gần bằng mức độ được thấy ở nhóm đối chứng. Đối với enrofloxacin, cây này không làm giảm đáng kể các tác động di truyền.

"Cách giải thích mà chúng tôi đề xuất là, trong trường hợp chloramphenicol, thực vật có thể tạo ra ít sản phẩm phụ gây độc gen hơn hoặc giải phóng các hợp chất chống oxy hóa vào vùng rễ, làm giảm căng thẳng oxy hóa ở cá. Mặt khác, enrofloxacin ổn định hơn về mặt hóa học và có thể tạo ra các chất chuyển hóa tồn tại lâu dài và có khả năng gây độc mà tác dụng của chúng không bị thực vật thủy sinh trung hòa", nhà nghiên cứu nhận xét.

Những hứa hẹn và hạn chế của các giải pháp dựa vào thiên nhiên

Evangelista nhấn mạnh rằng Salvinia auriculata không phải là giải pháp đơn giản cho vấn đề ô nhiễm kháng sinh. Mặc dù nó cho thấy tiềm năng, nhưng vẫn có những hạn chế quan trọng. Một mối lo ngại là làm thế nào để quản lý cây sau khi nó hấp thụ các chất gây ô nhiễm. Nếu sinh khối không được loại bỏ và xử lý đúng cách, nó có thể giải phóng kháng sinh trở lại môi trường.

Tuy nhiên, thực vật thủy sinh có thể là một lựa chọn chi phí thấp, dựa vào tự nhiên để giảm ô nhiễm, đặc biệt ở những nơi mà các phương pháp xử lý tiên tiến như ozon hóa hoặc các quá trình oxy hóa khác quá tốn kém.

"Nghiên cứu cho thấy vấn đề này là có thật, có thể đo lường được và phức tạp. Và bất kỳ chiến lược nào để giải quyết nó đều phải xem xét không chỉ việc loại bỏ chất gây ô nhiễm mà còn cả các tác động sinh học và sinh thái của nó," nhà nghiên cứu kết luận.

Mối quan ngại ngày càng tăng về môi trường và sức khỏe cộng đồng

“Việc phát hiện dư lượng kháng sinh trong nước, trầm tích và cá của sông Piracicaba cho thấy các hoạt động của con người có thể gây hại đến mức nào. Sự kháng thuốc kháng sinh của vi sinh vật có thể dẫn đến sự xuất hiện của siêu vi khuẩn trong môi trường. Nghiên cứu đã mang lại kết quả tích cực với các giải pháp môi trường chi phí thấp và cho phép hiểu rõ hơn về hoạt động tích hợp của hệ sinh thái thủy sinh cũng như việc sử dụng các kỹ thuật tự nhiên hiệu quả để giảm thiểu tác động”, Valdemar Luiz Tornisielo, người hướng dẫn nghiên cứu của Evangelista và đồng tác giả bài báo, cho biết thêm.