2019 jan 16

Az antibiotikumok és maradványanyagaik hatása és akkumulálódása kertészeti növényekben

Nincs hozzászólás

Az antibiotikum szennyezés veszélyei

Az antibiotikumokat rendszerint a 20. század egyik legnagyobb jelentőségű felfedezésének tekintik. Valóban azok, de az igazi csoda mégis az antibiotikum-rezisztencia kialakulása, amelynek komoly problémájához, azok túlzott használata vezetett.

Az antibiotikumok jelentőségét és értékét azonban nem lehet alábecsülni; teljesen függünk tőlük a fertőző betegségek kezelése tekintetében, soha nem tekinthetünk rájuk puszta árucikként (Davies, 2010). Ezek az emberi és állati terápiára használt szerek az utóbbi években a környezet potenciális szennyezőiként kerültek a figyelem középpontjába (Jjemba, 2002). Sajnos a 20. században használatba vett kemikáliákat úgy kezdték el alkalmazni, hogy nem ismerték a környezetre és emberre kifejtett hatásaikat. Az Európai Közösség az 1980-as évektől ennek vizsgálatát kötelezővé tette. Kezdetben ez a kockázatbecslés gyógyszerekre nem vonatkozott, ma már kötelező az újonnan engedélyezésre kerülő állatgyógyászati készítményeknél, humán vonatkozásban azonban még folyamatban van (Szatmári, 2012). Kutatók szerint az antimikrobiális felhasználás több mint fele az élelmiszerek előállításához kapcsolódik (Moller, 1999). Mintegy 50-90%-a az emberek és az állatok vizeletében és bélsarában választódik ki, eredeti formájában, részlegesen lebomolva, vagy metabolitok formájában (Bougnom, 2017). Ezeknek a vegyületeknek és metabolitjaiknak jelentős mennyisége ürül így a környezetbe: lehúzzuk őket a lefolyón, hulladékként eldobjuk őket, vagy bekeverjük a gazdasági állatok takarmányába (Jjemba, 2002), hiszen termelésük során szubterápiás dózisban alkalmazva, mint hozamfokozó használjuk (Dublecz, 2011).

Az antibiotikumok előfordulása a szervestrágyában és a trágyázott földek talajaiban

Az állatok emésztőcsövéből abszorpciójuk azonban nem teljes, vagy felszívódásuk után az állat szervezetében folyó anyagcsere folyamatokban nem mindig bomlanak le teljes egészében, ennek következtében jelentős mennyiségű antibiotikum választódik ki a vizeletbe vagy marad a bélsárban, amely így a trágyába kerül. A trágyát a növényi tápanyagok és szerves anyagok forrásaként használják világszerte a talajminőség javítása érdekében, különösen az ökológiai és fenntartható gazdálkodásban (Kumar, 2005). Mivel ezek a gyógyszerek kémiailag stabilak és viszonylag hosszú időn keresztül fennmaradhatnak a környezetben, a szennyezett talajokon vagy a szennyezett vízforrásokon termesztett növényekben, nagy a kockázata a gyógyszerek, köztük az antibiotikumok felhalmozódásának. Ez a felhalmozódás ismeretlen egészségügyi kockázatot jelent a fogyasztóikra (Chen, 2017).

Szatmári és mtsai (2012) egy kísérletében vizsgálta egy viszonylag új tetraciklin származék, a doxiciklin ürülését sertésekkel. Eredményeik azt mutatták, hogy a doxiciklin terápiás dózisban történő alkalmazása után jelentős mennyiségben volt jelen a sertéstrágyában (1. táblázat).

Hét 1. minta (mg/kg) 2. minta (mg/kg) 3. minta (mg/kg) Átlag ± szórás (mg/kg)
0 88,12 86,07 88,32 87,50 ± 1,25
1 69,31 67,02 67,92 67,47 ± 1,15
2 50,95 53,41 27,59 43,98 ± 14,25
3 41,7 42,45 53,28 45,81 ± 6,48
4 33,84 34,27 33,33 33,81 ± 0,47
6 22,28 22,67 22,62 22,52 ± 0,21
8 21,22 9,50 13,37 14,69 ± 5,97
10 15,89 11,86 6,09 11,28 ± 4,93
12 11,18 8,26 8,67 9,37 ± 1,58
1. táblázat | Doxiciklin koncentrációjának változása a trágyamintákban a gazdaságban történt érlelés során

Koncentrációja ugyan csökkent a trágya érlelésével, de nagy mennyiségben került a talajba a szántóföldi kijuttatás idejében. Itt az idő előrehaladtával csökkent a mennyisége, de ez a csökkenés minden esetben függ a talajmélységtől és a típusától is. A kijuttatás után 20 héttel még 30-60 µg/kg koncentrációban lehetett kimutatni az egyes rétegekből. Átmenetileg gátolta a talajban élő mikroorganizmusok egyes életfolyamatait, így a nitrogén transzformációs tevékenységüket és energiatermelő anyagcsere-folyamataikat is (Szatmári, 2012).

Jjemba és mtsai. szerint a talaj folyamatokra gyakorolt hatások a talajtípustól és más tényezőktől függően eltérőek lehetnek az antibiotikumok hatóanyagának kémiai szerkezetétől függően (Jjemba, 2002). A hatóanyagok között találunk gyorsan lebomlóakat (tilozin), lassan lebomlóakat (ivermectin) és nagyon lassan lebomlóakat (tetraciklinek) is. A hatóanyag lebomlásának sebessége függ attól is, hogy a trágyázott talajnak milyen a típusa. Az ivermectin például agyagos talajban gyorsabban bomlik le, szemben a metronidazollal, aminek lebomlása homoktalajon gyorsabb. A különböző vegyületek egymásra gyakorolt hatása is jelentős lehet. Additív, antagonista és szinergista hatás egyaránt kialakulhat, így növelhetik, vagy épp csökkenthetik egymás környezetre gyakorolt hatását (Szatmári, 2012).

Az antibiotikumok emberi alkalmazása esetén a csatornába kerülve számos vegyület sajnos nem kerül megfelelően eltávolításra a szennyvízkezelés jelenleg alkalmazott módszereivel. Az EU-ban, a keletkezett szennyvíziszap 37%-a kerül a mezőgazdasági területekre (Jjemba, 2002). A felsorolt okok miatt a mezőgazdasági területekre nagy mennyiségben kerül olyan biohulladék vagy szerves trágya, amelyek maradékanyagokat tartalmaznak. Egy Kínában végzett kutatás során a legmagasabb antibiotikum koncentrációkat elsősorban az állattenyésztési üzemekhez tartozó növénytermesztési területeken figyelték meg. A klórtetraciklin, a szulfamidok és a kinolonok egyes mintákban meghaladták az Nemzetközi Állat-egészségügyi Szervezet által meghatározott ökotoxikus határértéket (100 μg/kg; Li, 2011). Mint más xenobiotikus vegyületek, a humán és állatgyógyászatban használt terápiás vegyületek adszorpciója a talajkolloidokhoz főként a szerves anyagok, a pH, az ásványianyag koncentráció, az agyagtartalom és a talaj hőmérsékletének függvénye. A talaj szervesanyag-adszorpciója lényegesen csökkentheti a terápiás szerek hatását a növényekre, mivel a felvételük vízben oldva történik. Ez nemcsak a szerves anyag mennyiségtől, hanem minőségétől is függ. A szermaradványok akkor szennyezik különösen a talajvizet, ha rosszul adszorbeálódnak a talaj kolloidjain (Jjemba, 2002).

Az antibiotikumok és maradékanyagok útja az emberi szervezetbe a zöldségnövényeken keresztül (VirginiaTech, 2017)

A termesztett növények antibiotikum szennyeződésének veszélyei

A szervestrágyával kijuttatott antibiotikumok elsősorban azt a veszélyt jelenthetik, hogy az élelmiszerként, vagy a takarmánynövényként termelt növények felveszik azokat a talajból. Kumar (2005) kísérletében azt vizsgálta, hogy a kukoricát (Zea mays L.), a zöldhagyma (Allium cepa L.) és a káposzta (Brassica oleracea L. Capitata) milyen mértékben veszi fel az eltérő antibiotikumokat a talajból. Mindhárom növénybe bejutott a termesztésük során a klortetraciklin, ellentétben a tilozinnal. A klortetraciklin koncentrációja a növényi szövetekben alacsony volt (2-17 ng/g friss tömeg), de a koncentráció arányosan növekedett a trágyában jelenlévő antibiotikumok növekvő mennyiségével.

Míg arra nincs bizonyíték, hogy az egyes terápiás vegyületek bioakkumulációja jelentős veszélyt jelent-e a szennyezett növények fogyasztói számára, nem kérdéses, hogy egyes vegyületek károsak a növények növekedésére, amit szabályozott laboratóriumi kísérletek is bizonyítanak. A terápiás szerek hatása a szabadföldi növényekre vegyületektől és növényfajtól függően jelentősen eltér, valamint talajtípusonként más a biológiai hozzáférhetőségük is.

Erre a megállapításra jutott egy másik kutatás is, amely szerint a bab (Phaseolus vulgaris L.) termésmennyiségét negatívan befolyásolta az oxitetraciklin és a klortetraciklin. A terméscsökkenés Ca, K és Mg koncentrációjának csökkenéséhez vezetett. A két antibiotikum hatóanyag ugyanakkor a retek és a búza növekedését fokozta (Jjemba, 2002). Hu és mtsai (2012) kutatásai szerint az antibiotikumok eloszlása a növényekben nem egyenletes, legtöbb a levélben majd a szárban, legkevesebb pedig a gyökérben halmozódik fel, de más kutatási eredmények ezzel kapcsolatban is ellentmondásosak. Chen és mtsai (2017) vizsgálták a kínai kel (Brassica rapa chinensis) és a víziparaj (Ipomoea aquatica) tetraciklin és a szulfametoxazol felvételét a talajból. A szulfametoxazolt mindkét növény hatékonyabban vette fel, mint a tetraciklint. Ennél a vizsgálatnál azonban a levelek és a szárak elsősorban csatornaként működtek, nem pedig tárolóhelyként. Legtöbb szermaradvány a gyökérben raktározódott. A tetraciklin akkumulálódása azonban magasabb volt mindkét növény esetében.

Az elmúlt néhány évtizedben az antibiotikum-rezisztens bakteriális törzsek számának növekedését figyelték meg, amelyek egyre súlyosabb, nehezen kezelhető és néha halálos fertőzéseket okoznak. A megfelelő koncentrációjú antibiotikumok jelenlétében a környezetben egyes baktériumtörzsek, vírusok és fágok képesek rezisztencia kialakítására a hatóanyagokkal szemben. Az antibiotikum-rezisztencia kifejlődésére és elterjedésére vonatkozó számos faktor ismert: szennyvízelvezetők, szennyvíz és szennyvíziszap, gyógyszergyártó létesítmények, akvakultúrák, folyékony trágyatárolók és a szervestrágyázott mezőgazdasági területek (Berkner, 2014). Yang és mtsai (2013) zeller és uborka esetében vizsgálták, hogy az antibiotikummal kezelt állatok trágyáját kijuttatva a talajba, a növényekbe kerülhet-e antibiotikum rezisztens baktérium. Eredményeik azt mutatták, hogy az állati trágyában jelen lévő rezisztens baktériumok előfordulása összefüggésben áll az állatfajjal és az alkalmazott antibiotikumok relatív mennyiségével. A rezisztens baktériumokat megtalálták a növények szöveteiben is, legmagasabb koncentrációban a gyökérben. Marti (2013) tanulmányában azon kísérleti eredményekről számol be, amelyekben különféle antibiotikumokkal szemben rezisztens baktériumokat vizsgálták, paradicsom, uborka, bors, sárgarépa, retek és saláta esetében. Eredményei szerint trágyázott talajban az antibiotikum-rezisztens baktériumszám növekedése megfigyelhető volt, de a zöldségeken ez nem volt kimutatható. Zöldségek esetében azért lehet nagyobb ennek a jelentősége, mert itt a nyers fogyasztás miatt az ember közvetlenül ki van téve ezeknek a talajlakó baktériumoknak.

A 1. táblázat foglalja össze az állati egységekre vonatkozó ürülékmennyiséget és a maximális éves maradékanyag előre jelezhető koncentrációját, azaz a PEC értéket. Jjemba (2002) szerint a PEC értékek azonban nem tükrözik a talajban lévő terápiás vegyületek lebomló frakcióját, amely információ többnyire hiányzik, így csak fenntartással lehet számolni ezekkel az értékekkel. A hatóanyagok fajtáinak egymáshoz viszonyított aránya is jelentős befolyásoló tényező.

A 2. táblázat adatai szerint, ha 1 broiler csirke évente, 37,3 kg trágyát termel, és a legnagyobb mennyiségű antibiotikum dózissal számolunk, (tehát 100 mg/tt.kg) a hipotetikus terápiás vegyületekre vonatkozó becsült környezeti koncentráció (PEC): 252,57 μg/kg. A testtömeget figyelembe véve 328,41 μg egy baromfi maradékanyag kibocsájtása. Egy 2 000 létszámú broiler telep tehát évente 74 600 kg (74,6 t) trágyán keresztül, 24,49 g maradékanyagot juttathat a mezőgazdasági területekre (1 t = 0,33g maradékanyag).

Állatfajta N
(év-1)
Testtömeg g (kg) Kiválasztás
(kg/hely évente)
P N
(kg/hely évente)
PEC (μg kg-1) a vegyület különböző dózisaival
1 mg kg-1 testtömeg 25 mg kg-1 testtömeg 100 mg kg-1 testtömeg
Vágó borjú 4 160 4660 10,9 2,67 66,54 266,18
Fejős tehén 1 500 20391 77,29 0,29 7,33 29,33
Húsmarha 1 500 9185 52,64 0,43 10,76 43,06
Bika 1 1200 20075 77,86 0,7 17,5 69,9
Kismalac 6 20 754 3,35 1,62 40,6 163,39
Hízó sertés 2,5 95 1764 9,59 1,12 28,07 112,27
Felnőtt sertés 1 130 2829 17,12 0,34 8,61 34,42
Koca és alom 1 100 4928 24,96 0,18 4,54 18,16
Broiler csirke 9 1,3 37,3 0,21 2,52 63,14 252,57
2. táblázat | A maximális éves maradékanyag előre jelezhető koncentrációja a trágyában különböző antibiotikum dózisok használata esetén (Jjemba, 2002)

Mélyalom esetén 1000 db broiler 23 kg/t N-t termel a trágyával. A maximális kijuttatható mennyiség nitrátérzékeny területeken 170 kg/ha N, mivel az ország területének több mint 69%-a nitrát érzékeny besorolásba került (Berényi, 2005). Így 7,3 t mélyalmos trágya juttatható ki 1 ha területre. A 2000-es telepünk trágyamennyisége ennek megfelelően 10 ha-ra juttatható ki maximálisan. Így 1 ha szántóföldre 2,397 g antibiotikum maradékanyag juthat. Egy m2-re elosztva ez 239,7 μg antibiotikum szennyezést jelent. A talajtulajdonságoktól, állatfajtól, hatóanyag fajtájától és a növényfajtól függ, hogy a növények mennyit akkumulálnak a szöveteikbe. Így ezt a számolást fenntartásokkal érdemes kezelni.

Az európai szakhatóságok statisztikát vezetnek és minden évben jelentést is adnak ki a tagállamok gyógyszerfelhasználásáról. Sajnos Magyarország évek óta szerepel előkelő helyen a rangsorolásban, mint az 1 kg állati termék előállítása során legtöbb antibiotikumot használó ország. A felmérés szerint Magyarországon az állati gyógyszerfelhasználás 2013-ban 176 mg/testsúly kg volt (ECDC/EFSA/EMA, 2017). Ez alapján, ha a táblázat legmagasabb értékét vesszük, akkor is a 2. táblázatban megadott érték duplájával számolhatunk.

A témával kapcsolatos kutatások amint említettem szerteágazóak és sokszor ellentmondanak egymásnak. Az Európai Unióban 2000-től kezdődően csökkentették a hozamfokozó antibiotikumok felhasználási lehetőségét (Dublecz, 2011). Az 1831/2003/EC rendeletben pedig 2006. január 1-jétől meg is tiltották az antibiotikumok hozamfokozóként való alkalmazását (Terényi, 2016). Sajnos az Európai Unióban jelenleg ivóvízben gyógyszer- vagy hormonmaradványokra nincs határérték meghatározva, mivel a jelenlegi tudományos bizonyítékok alapján nem alakult ki konszenzus a közegészségügyi kockázat szempontjából jelentős mennyiségre vonatkozóan (O.K.K. 2016). A legbiztonságosabb módja annak, hogy elkerüljük a növények antibiotikumokkal való expozícióját az, hogy biztosítsuk a vegyületek megfelelő mértékű lebomlását a trágyában, annak kijuttatása előtt a szántóföldekre (Jjemba, 2002). Megfelelő komposztálással lényegesen csökkenhet a maradékanyagok mennyisége (Szatmári, 2012). Alkalmazhatók esetleg remediációs módszerek is. Ilyen például a fitodeporcináció, amikor kis gazdasági értékű növényeket termesztenek rövid ideig, hogy a szennyező vegyületeket azok vegyék fel, majd csak ezután ültetik a magasabb gazdasági értékű növényeket. Ehhez a módszerhez azonban szükség van erre alkalmas növények tesztelésére (Jjemba, 2002).

A publikáció elkészítését a EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00008 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Felhasznált irodalom

  1. Berényi K., Csányi Gy., Keszthelyi K., Kujáni K., Szabados I., Sztahura E., Várszegi G. (2005): Nitrát Gazdálkodói kézikönyv, 38. o.
  2. Berkner S., Konradi S., Schönfeld J. (2014): Antibiotic resistance and the environment there and back again. – EMBO Reports, 15(7), 740–744.
  3. Bougnom Blaise P., Laura J.V. Piddock (2017): Wastewater for Urban Agriculture: A Significant Factor in Dissemination of Antibiotic Resistance – Environ. Sci. Technol., 51, 5863−5864,
  4. Chen Hui-Ru, Tirawat Rairat, Shih-Hurng Loh, Yu-Chieh Wu, Thomas W. Vickroy, Chi-Chung Chou (2017): Assessment of veterinary drugs in plants using pharmacokinetic approaches: The absorption, distribution and elimination of tetracycline and sulfamethoxazole in ephemeral vegetables. Plos One 12(8): e0183087.
  5. Davies Julian, Dorothy Davies (2010): Origins and Evolution of Antibiotic Resistance – Microbiol. Mol. Biol. Rev. September vol. 74 no. 3 417-433
  6. Dublecz Károly (2011): Takarmányozástan – tankonyvtar.hu
  7. ECDC/EFSA/EMA second joint report on the integrated analysis of the consumption of antimicrobial agents and occurrence of antimicrobial resistance in bacteria from humans and food-producing animals (2017) – Efsa Journal, Volume 15, Issue 7 July e04872 – DOI: 10.2903/j.efsa.2017.4872
  8. Hu Xiangang, Qixing Zhou, Yi Luo (2010): Occurrence and source analysis of typical veterinary antibiotics in manure, soil, vegetables and groundwater from organic vegetable bases, northern China – Environmental Pollution Volume 158, Issue 9, September, Pages 2992-2998
  9. Jjemba Patrick K. (2002): The potential impact of veterinary and human therapeutic agents in manure and biosolids on plants grown on arable land: a review – Agriculture, Ecosystems & Environment Volume 93, Issues 1–3, December, Pages 267-278
  10. Kumar, K., S. C. Gupta, S. K. Baidoo, Y. Chander, and C. J. Rosen (2005): Antibiotic Uptake by Plants from Soil Fertilized with Animal Manure. J. Environ. Qual. 34:2082-2085.
  11. Li Yan Wen, Xiao-Lian Wu, Ce-Hui Mo, Yi-Ping Tai, Xian-Pei Huan, és Lei Xiang (2011): Investigation of Sulfonamide, Tetracycline, and Quinolone Antibiotics in Vegetable Farmland Soil in the Pearl River Delta Area, Southern China – J. Agric. Food Chem., 59 (13), pp 7268–7276,
  12. Romain M., Scott A., Tien Yuan-Ching, Murray R., Sabourin L., Zhang Yun, Topp E. (2013): Impact of Manure Fertilization on the Abundance of Antibiotic-Resistant Bacteria and Frequency of Detection of Antibiotic Resistance Genes in Soil and on Vegetables at Harvest – Appl. Environ. Microbiol. September 79 no. 18 5701-5709
  13. Frank M., Aarestrup (1999): Association between the consumption of antimicrobial agents in animal husbandry and the occurrence of resistant bacteria among food animals – International Journal of Antimicrobial Agents – Volume 12, Issue 4, August, Pages 279-285
  14. Országos Közegészségügy Központ (2016): Ivóvíz kiskáté – Lakossági tájékoztató a gyakran ismételt kérdésekről – http://oki.antsz.hu/files/dokumentumtar/kiskate-2016-03.pdf
  15. Szatmári István (2012): A gazdasági haszonállatok tömegkezelésére használt doxiciklin egyes környezettoxikológiai jellemzőinek vizsgálata – PhD értekezés
  16. Terényi Melinda (2016): Az antibiotikum felhasználás jogi szabályozása –http://moaebt.hu
  17. Yang Q., Ren S., Niu T. et al. (2014): Distribution of antibiotic-resistant bacteria in chicken manure and manure-fertilized vegetables – Environ. Sci. Pollut. Res. 21: 1231.

Such Nikoletta
PHD hallgató
(Biokultúra 2018/1-2)

[felül]