Khóa luận tốt nghiệp: Đánh giá ảnh hưởng kháng sinh đến vi sinh vật trên vi môn Kháng sinh | Đại học Yersin Đà Lạt

KHÓA LUẬN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC YERSIN ĐÀ LẠT
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Ngô Thị Thúy Hường
Cán bộ phản biện: TS. Lê Mai Như Uyên
Khóa luận được thông qua
HỘI ĐỒNG CHẤM KHÓA LUẬN CỬ NHÂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC YERSIN ĐÀ LẠT
Ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . . LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS.
Ngô Thị Thúy Hường, giảng viên khoa Khoa Công nghệ Sinh học, Hóa học và Kỹ thuật
Môi trường, trường Đại học Phenikaa đã dành thời gian, tâm huyết để định hướng và xây
dựng hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em xin cảm ơn TS. Lê Thanh
Thảo, giảng viên khoa CNSH-HH-KTMT, trường Đại học Phenikaa và Ths. Võ Hoài
Hiếu, trường đại học Yersin Đà Lạt, đã tận tình hỗ trợ và hướng dẫn em trong suốt quá
trình thực hiện, tạo điều kiện tốt nhất để em có thể thực hiện đề tài. Thầy cô đã tận tình
trao đổi, định hướng xây dựng đề tài cũng như phát triển những kỹ thuật chuyên môn.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới toàn thể cán bộ giảng viên, nhân viên Khoa
Công nghệ Sinh học, Hóa học và Kỹ thuật Môi trường, các phòng ban của trường ĐH
Phenikaa đã hỗ trợ em khi thực tập tại trường.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến và các anh chị kỹ thuật viên, các bạn
sinh viên hỗ trợ tại Nhóm nghiên cứu Hóa môi trường và Độc học sinh thái (ECET Lab)
đã luôn hỗ trợ em trong quá trình thực hiện thí nghiệm, hướng dẫn sử dụng thiết bị cũng
như đưa ra những lời khuyên hữu ích trong suốt khoảng thời gian thực hiện đề tài.
Và em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến dự án “Kháng thuốc kháng sinh liên
quan đến vi nhựa trong các hệ sinh thái thủy sinh: Ý nghĩa đối với Một Sức khỏe”
(MOHIP-2024) đã hỗ trợ kinh phí cũng như tạo điều kiện cơ sở vật chất thiết bị giúp em
có thể thực hiện các thí nghiệm.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Trần Thị Tâm và các thầy
cô trong Khoa Công nghệ ứng dụng, trường Đại học Yersin Đà Lạt đã tạo điều kiện thuận
lợi để em có thể hiện đề tài. Sự giúp đỡ và hỗ trợ của các thầy cô đã giúp em có cơ hội
tiếp cận với nhiều kiến thức mới trong chuyên môn cũng như phát triển năng lực cá nhân của bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn thầy/cô/anh/chị và các bạn. MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT.............................................................................iv
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG..................................................................................................viii
TÓM TẮT.....................................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN..........................................................................................4
1.1. Tổng quan về vi nhựa......................................................................................................4
1.1.1. Vai trò của nhựa trong đời sống................................................................................4
1.1.2. Rác thải nhựa và sự hình thành vi nhựa....................................................................5
1.1.3. Vi nhựa Polyethylene terephthalate (PET) trong môi trường...................................7
1.2. Kháng sinh và các tác động của kháng sinh với môi trường...........................................8
1.2.1. Vai trò của kháng sinh..............................................................................................8
1.2.2. Kháng sinh Ciprofloxacin.........................................................................................9
1.2.3. Vi khuẩn kháng kháng sinh.....................................................................................10
1.2.4. Cơ chế kháng kháng sinh Ciprofloxacin ở một số loài vi khuẩn............................11
1.2.5. Sự tồn dư kháng sinh..............................................................................................12
1.3. Tương tác giữa hệ vi sinh vật với vi nhựa và kháng kháng sinh...................................14
1.3.1. Sự đa dạng cộng đồng vi sinh vật trên vi nhựa.......................................................14
1.3.2. Sự hình thành màng sinh học trên vi nhựa..............................................................15
1.3.3. Cơ chế hình thành và tích lũy gene kháng kháng sinh trên vi nhựa.......................16
1.4. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về tác động của kháng sinh đến quần xã vi sinh
vật trên vi nhựa trong môi trường nước................................................................................17
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................................................20
2.1. Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu...............................................................20
2.2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu.............................................................................20
2.2.1. Vật liệu....................................................................................................................20
2.2.1.1. Dụng cụ............................................................................................................20
2.2.1.2. Hóa chất...........................................................................................................21
2.2.1.3. Thiết bị.............................................................................................................22
2.3. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................................23
2.3.1. Chuẩn bị môi trường và hóa chất............................................................................23
2.3.1.1. Chuẩn bị môi trường nuôi cấy vi sinh vật........................................................23
2.3.1.2. Chuẩn bị hóa chất tách DNA...........................................................................24
2.3.1.3. Chuẩn bị hóa chất nhuộm Gram vi khuẩn.......................................................24
2.3.2. Thu mẫu nước và chuẩn bị mẫu thí nghiệm............................................................25
2.3.3. Thiết kế thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của CIP lên sự hình thành màng sinh học
trên bề mặt vi nhựa PET...................................................................................................25
2.3.4. Tách vi nhựa từ mẫu nước và thu thập thông số môi trường..................................27
2.3.5. Đánh giá sự phát triển của màng sinh học trên bề mặt vi nhựa..............................28
2.3.5.1. Định lượng sự hình thành màng sinh học trên bề mặt vi nhựa bằng phương
pháp nhuộm Crystal Violet...........................................................................................28
2.3.5.2. Phương pháp tách màng sinh học trên vi nhựa...............................................28
2.3.5.3. Định lượng mật độ vi sinh vật bằng phương pháp nuôi cấy truyền thống......28
2.3.5.4. Phương pháp xác định hình thái vi thể thông qua kỹ thuật nhuộm Gram.......30
2.3.5.5. Phương pháp tách chiết DNA tổng số.............................................................30
2.3.5.6. Định danh một số vi khuẩn gây bệnh trên bề mặt vi nhựa và trong môi trường
nước..............................................................................................................................31
2.3.6. Đánh giá khả năng kháng kháng sinh của VSV trên màng sinh học......................33
2.3.6.1. Phương pháp đánh giá nồng độ kháng sinh tối thiểu (MIC)...........................33
2.3.6.2. Khảo sát sự xuất hiện của gene kháng kháng sinh parE thông qua PCR.......33
2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu......................................................................................34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................35
3.1. Sự phát triển của màng sinh học trên bề mặt vi nhựa theo thời gian.............................35
3.2. Sự biến động của quần xã vi sinh vật trên bề mặt vi nhựa và trong môi trường nước. .36
3.2.1. Mật độ vi khuẩn tự dưỡng trong nước và trên MiPs...............................................36
3.2.2. Mật độ vi khuẩn E. coli, Aeromonas sp. và coliform.............................................37
3.3. Mối tương quan giữa sự thay đổi của các thông số môi trường với mật độ vi sinh vật
trên màng sinh học................................................................................................................39
3.4. Khảo sát sự khả năng kháng kháng sinh trên màng sinh học........................................41
3.4.1. Kết quả nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của kháng sinh ciprofloxacin ở các chủng
vi khuẩn phân lập được.....................................................................................................41
3.4.2. Kết quả định danh một số chủng vi khuẩn gây bệnh cùng sự xuất hiện gene kháng
kháng sinh fluroquinolones...............................................................................................43
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................45
4.1. Kết luận..........................................................................................................................45
4.2. Kiến nghị........................................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................47
PHỤ LỤC....................................................................................................................53
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên đầy đủ ARGs
Các gen kháng kháng sinh (Antibiotic resistance genes) ARBs
Vi khuẩn kháng kháng sinh (Antibiotic Resistant Bacterias) DNA Acid deoxyribonucleic E. coli
Escherichia coli EPS
Hợp chất polyme ngoại bào (Extracellular polymeric substances) PET Polyethylene terephthalate HDPE High-Density Polyethylene HGT
Chuyển gene ngang (Horizontal Gene Transfer) CIP Ciprofloxacin QRDR
Quinolone Resistance-Determining Region PMQR
Plasmid-Mediated Quinolone Resistance QNR Quinolone Resistance Gene PQS Pseudomonas Quinolone System MDR Multidrug-resistant bacteria PE Polyetylen PP Polypropylen PVC Polyvinyl clorua PS Polystyrene LDPE Low-density polyethylene ROS
Các gốc oxy hóa phản ứng (Reactive Oxygen Species) BPA Bisphenol A ATP Adenosine triphosphate
MGEs Các yếu tố di truyền di động (Mobile Genetic Elements) MiPs Vi nhựa (Microplastics) mRNA Messenger RNA P. aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa Sb Antimon RND
Resistance-Nodulation Division TOC
Tổng carbon hữu cơ (Total Organic Carbon) DO
Oxy hòa tan (Dessolved Oxygen) PSU
Độ mặn (Practical salinity unit) TDS
Tổng chất rắn hòa tan (Total Dissolved Solids) COD
nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) EC
Độ dẫn điện (Electrical Conductivity) TP
Tổng phosphate (Total Phosphate) RNA Acid ribonucleic rRNA Ribosomal RNA tRNA Transfer RNA PCR Polymerase Chain Reaction qPCR
Real time Polymerase Chain Reaction EDTA
Ethylenediaminetetraacetic acid SDS Sodium dodecyl sulfate Tris HCl Tris Hydrochloride WHO
Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization) MSM Minimal Salts Medium LB Luria-Bertani PBS Phosphate-Buffered Saline TER Tris-EDTA-RNase buffer DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Các loại vật liệu nhựa phổ biến trong đời sống [2]...........................................5
Hình 2. Các loại vi nhựa được phân loại theo nguồn gốc và hình dạng [3]....................7
Hình 3. Hệ thống sục khí Oxy bán tự động..................................................................26
Hình 5. Sơ đồ tóm tắt các chỉ tiêu phân tích mẫu.........................................................27
Hình 5. Sự hình thành màng sinh học trên vi nhựa ở các nghiệm thức theo thời gian. 35
Hình 7. Mật độ vi khuẩn E. coli, Aeromonas sp., Coliform và các nhóm vi khuẩn khác
trong mẫu nước (A, B, C) và trên vi nhựa (D, E, F) ở các nghiệm thức theo thời gian38
Hình 8. Mối tương quan Pearson giữa các yếu tố môi trường với sự hình thành màng
sinh học và mật độ vi sinh vật ở các nghiệm thức........................................................40
Hình 9. Tỉ lệ xuất hiện gene parE ở các chủng vi khuẩn phân lập được từ các nghiệm
thức..............................................................................................................................43 DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Thành phần dung dịch PBS 3X ........................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 2. Thành phần dung dịch đệm TER và XS .......................................................... 23
Bảng 3. Thành phần pha các dung dịch nhuộm Gram vi khuẩn ................................... 24
Bảng 4. Trình tự mồi các gene phát hiện vi khuẩn E.coli, Aeromonas sp., và gene kháng
kháng sinh nhóm fluoroquinolones ............................................................................... 30
Bảng 5. Thành phần phản ứng PCR phát hiện gene E.coli và Aeromonas sp ............... 31
Bảng 6. Thành phần phản ứng PCR phát hiện gene kháng fluoroquinolone ................ 32
Bảng 7. Tỉ lệ phân bố giá trị MIC của các chủng vi khuẩn phân lập được ................... 40 TÓM TẮT
Nghiên cứu này nhằm đánh giá tác động của ciprofloxacin (CIP) đối với quần thể
vi khuẩn bám trên vi nhựa polyethylene terephthalate (PET-MP) trong môi trường nước
tại Hà Nội, Việt Nam. Thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm trong
hơn 60 ngày, sử dụng mẫu nước thu thập từ khu vực sông Kim Ngưu, gần bệnh viện
Thanh Nhàn, Hà Nội và bổ sung CIP ở các nồng độ 50, 250 và 500 µg/L. Quá trình hình
thành màng sinh học, biến động mật độ vi khuẩn và sự xuất hiện của gene kháng kháng
sinh (ARG) được phân tích nhằm đánh giá ảnh hưởng của CIP. Kết quả cho thấy sinh
khối màng sinh học trên PET-MP đạt cực đại vào ngày thứ 15 ở nồng độ 500 µg/L CIP,
với giá trị mật độ quang học (OD₅₉₅) đạt 1,621 ± 0,074, cao hơn 70% so với nhóm đối
chứng. Mật độ vi khuẩn bám trên PET-MP cao hơn đáng kể (10²–10 CFU/g) so với trong
nước, cho thấy vi nhựa có thể đóng vai trò như một giá⁵ thể thuận lợi cho sự phát triển
của vi khuẩn. Đặc biệt, CIP ở nồng độ 500 µg/L làm gia tăng tình trạng kháng kháng sinh,
với 5,61% các chủng vi khuẩn phân lập từ nghiệm thức này thể hiện nồng độ ức chế tối
thiểu (MIC) ≥ 900 µg/mL. Kết quả PCR xác định sự hiện diện của gen parE trong 34 mẫu
phân lập, có liên quan đến khả năng kháng quinolone, chủ yếu được phát hiện trong các
nhóm tiếp xúc với CIP. Đặc biệt, nhóm B_Cip500 có sự xuất hiện của 4 chủng E. coli
mang gene parE, trong đó 3 chủng có giá trị MIC đạt ≥ 900 µg/mL. Những phát hiện từ
nghiên cứu này cung cấp bằng chứng thực nghiệm quan trọng về tác động của vi nhựa
đến sự hình thành màng sinh học và sự biến động của vi sinh vật trong môi trường nước
ô nhiễm kháng sinh. Do đó, nghiên cứu nhấn mạnh các rủi ro sinh thái liên quan đến vi
nhựa trong việc thúc đẩy sự lan truyền tình trạng kháng kháng sinh, đồng thời đề xuất các
biện pháp quản lý chặt chẽ hơn đối với ô nhiễm nhựa và dư lượng kháng sinh trong môi trường thủy sinh. LỜI MỞ ĐẦU
Vi nhựa (MiPs – Microplastics) là các mảnh, sợi, hạt nhựa tổng hợp có kích thước
dưới 5 mm. Với cấu trúc polymer bền vững, vi nhựa không thể phân hủy hoàn toàn thành
các hợp chất vô cơ đơn giản mà chỉ bị phân tách thành các mảnh nhỏ hơn theo thời gian,
dẫn đến sự tích lũy lâu dài trong môi trường đất, nước và trầm tích. Điều này khiến vi
nhựa len lỏi vào các hệ sinh thái, gây tác động xấu đến sức khỏe con người và động vật
qua chuỗi thức ăn. Polyethylene terephthalate (PET) là một trong những loại vi nhựa phổ
biến nhất, chủ yếu phát sinh từ quá trình phân hủy của các sản phẩm nhựa như chai nước,
bao bì thực phẩm và dụng cụ y tế. Chính điều này là nguyên nhân khiến PET trở thành
nguồn ô nhiễm vi nhựa nghiêm trọng.
Việc lạm dụng kháng sinh trong nhiều lĩnh vực đã dẫn đến sự gia tăng vi khuẩn
kháng thuốc (ARB – antibiotic-resistant bacteria) và gene kháng kháng sinh (ARGs –
antibiotic-resistant genes), trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe toàn cầu.
Sự xuất hiện của các biến thể vi khuẩn kháng thuốc làm phức tạp quá trình điều trị nhiễm
trùng và giảm hiệu quả của các phác đồ điều trị. Nước thải bệnh viện là nguồn tập trung
nhiều loại kháng sinh phổ biến, đồng thời cũng là nơi tích tụ các vi khuẩn gây bệnh nguy
hiểm như Escherichia coli, Aeromonas sp., và các vi khuẩn nhóm Coliform, có khả năng
gây nhiễm trùng tiêu hóa, hô hấp và các bệnh lý nghiêm trọng khác. Một số kháng sinh
như CIP đã được ghi nhận tồn dư rộng rãi trong môi trường, không chỉ ở Việt Nam mà
còn tại nhiều quốc gia Đông Nam Á. Đặc biệt, tại các sông hồ nội thành Hà Nội như sông
Kim Ngưu, có vị trí gần với bệnh viện Thanh Nhàn một trong những bệnh viện lớn với
lượng bệnh nhân đông, có khả năng trở thành nguồn phát thải dư lượng kháng sinh trong
nước thải là rất cao. Sự tích lũy lâu dài của kháng sinh trong môi trường tạo ra áp lực
chọn lọc mạnh mẽ, thúc đẩy vi khuẩn thích nghi và phát triển khả năng kháng thuốc.
Mặc dù đã có những nghiên cứu về vi nhựa và kháng sinh trong môi trường nước,
tuy nhiên, mối quan hệ giữa vi nhựa PET và sự phát triển của vi khuẩn kháng thuốc dưới
tác động của CIP vẫn chưa được hiểu rõ. Đặc biệt, cơ chế hình thành màng sinh học trên
bề mặt vi nhựa – một yếu tố quan trọng có thể làm tăng tích lũy ARGs vẫn chưa được
hiểu biết đầy đủ. Vi nhựa PET có thể là nơi cư trú lý tưởng cho vi khuẩn, nhưng sự tương
tác giữa chúng với sự có mặt của CIP vẫn chưa được làm rõ. Do đó, nghiên cứu này nhằm
đánh giá vai trò của vi nhựa PET đối với quần xã vi khuẩn trong nước sông Kim Ngưu,
Hà Nội dưới tác động của kháng sinh CIP trong điều kiện in-vitro, đồng thời xác định sự
xuất hiện và phát triển của ARGs ở các chủng vi khuẩn gây bệnh. Việc nghiên cứu mối
liên hệ này sẽ cung cấp dữ liệu khoa học về tác động của sự tồn dư kháng sinh trong nước
đối với hệ vi sinh vật, từ đó đề xuất các giải pháp kiểm soát ô nhiễm và hạn chế sự lan
rộng của vi khuẩn kháng thuốc trong môi trường. Do đó, sinh viên nghiên cứu để tài
“Đánh giá ảnh hưởng của kháng sinh đến quần xã vi sinh vật trên vi nhựa trong môi
trường nước tại khu vực Hà Nội”, với các mục tiêu sau:
- Đánh giá sự hình thành và phát triển của màng sinh học trên bề mặt vi nhựa PET
theothời gian dưới tác động của kháng sinh CIP.
- Đánh giá sự biến động mật độ các vi sinh vật trên bề mặt vi nhựa và trong môitrường
nước theo thời gian ở các nồng độ kháng sinh CIP khác nhau.
- Xác định nồng độ ức chế tối thiểu của kháng sinh CIP đối với các chủng vi khuẩnphân
lập được trên bề mặt vi nhựa PET.
- Xác định sự có mặt của gene kháng kháng sinh nhóm fluoroquinolones.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về vi nhựa
1.1.1. Vai trò của nhựa trong đời sống
Nhựa là một trong những vật liệu quan trọng đóng vai trò không thể thiếu trong
nhiều lĩnh vực như y tế, công nghiệp, xây dựng, và tiêu dùng hàng ngày. Với đặc tính
nhẹ, bền, không thấm nước, không bị oxy hóa, dễ gia công và chi phí sản xuất thấp, nhựa
đã trở thành vật liệu phổ biến trong sản xuất các sản phẩm từ bao bì thực phẩm, thiết bị
y tế, linh kiện điện tử cho đến vật liệu xây dựng. Đặc biệt, trong lĩnh vực y tế, nhựa góp
phần tạo ra các thiết bị vô trùng như ống tiêm, túi truyền dịch, và các dụng cụ phẫu thuật,
giúp giảm thiểu nguy cơ lây nhiễm bệnh tật. Trong công nghiệp và giao thông vận tải,
nhựa được sử dụng để chế tạo linh kiện ô tô, máy bay, thiết bị điện tử nhờ vào khả năng
chống ăn mòn và cách điện hiệu quả [1].
Tính chất hóa học của nhựa là yếu tố then chốt quyết định sự bền vững và tính ứng
dụng rộng rãi của vật liệu, bởi nhựa chủ yếu được cấu tạo từ các chuỗi polymer dài, bao
gồm các monomer liên kết với nhau thông qua liên kết cộng hóa trị, giúp nhựa có độ bền
cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt và chống lại tác động của các yếu tố hóa học bên
ngoài [1]. Trong sản xuất, nhựa được gia tăng độ bền cũng như cải thiện các đặc tính cơ
bản của chúng bằng cách bổ sung một số hợp chất phụ gia khác, tạo nên sự đa dạng trong
các sản phẩm nhựa với các vai trò khác nhau trong đời sống. Các vật liệu nhựa phổ biến
trong sản xuất có thể kể đến như polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyvinyl clorua
(PVC), polystyrene (PS) và High/Low-density polyethylene (H/L DPE) và polyethylene
terephthalate (PET) và một số loại khác (hình 1) . Chính điều này làm cho nhựa trở thành
vật liệu lý tưởng trong sản xuất và tiêu dùng nhưng đồng thời cũng tạo ra một thách thức
lớn trong việc quản lý chất thải nhựa [2].
Hình 1. Các loại vật liệu nhựa phổ biến trong đời sống [2].
1.1.2. Rác thải nhựa và sự hình thành vi nhựa
Sự gia tăng mạnh mẽ của việc sản xuất và tiêu thụ, nhựa đã đặt ra những thách
thức nghiêm trọng đối với môi trường. Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nhiệt độ cao,
tác động cơ học từ sóng biển hay sự mài mòn tự nhiên, các sản phẩm nhựa dần bị phân
rã thành những mảnh nhỏ hơn dẫn đến sự hình thành các mảnh nhựa có kích thước nhỏ
hơn 5 mm, gọi là vi nhựa (MPs). Do đặc tính tồn tại trong môi trường hàng trăm năm,
rác thải nhựa và vi nhựa gây ra những hệ lụy lớn đối với hệ sinh thái [3] .
Vi nhựa có hai nguồn gốc chính: vi nhựa sơ cấp và vi nhựa thứ cấp. Vi nhựa sơ
cấp là những hạt được sản xuất trực tiếp ở kích thước vi nhựa từ ban đầu cho những mục
đích cụ thể để sử dụng trong mỹ phẩm, chất tẩy rửa, sơn, và công nghiệp dệt may. Trong
khi đó, vi nhựa thứ cấp hình thành từ quá trình phân hủy của các sản phẩm nhựa lớn như
chai nhựa, túi nylon, lưới đánh cá và bao bì nhựa dưới tác động của môi trường [3]. Các
hình dạng vi nhựa phổ biến được phân loại có thể kể đến như: dạng mảnh (fragments), từ
sự phân rã của túi nhựa, chai lọ, hoặc các vật dụng nhựa dùng một lần; dạng sợi (fibres)
có nguồn gốc từ quần áo tổng hợp, lưới đánh cá, hoặc các sản phẩm dệt may làm từ chất
liệu polyester, nylon hoặc acrylic; dạng xốp (foam) bao gồm các mảnh vụn từ hộp đựng
thức ăn, cốc nhựa dùng một lần, các thùng xốp có nguồn gốc từ PS, thường tụ thành chùm
và trôi nổi trôi nổi trên mặt nước với hình dạng giống bọt biển; và dạng hạt (nurdles)
được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào để sản xuất các sản phẩm nhựa khác, thường bị
rò rỉ trong quá trình vận chuyển hoặc sản xuất. Ngoài ra, các sản phẩm mỹ phẩm như tẩy
tế bào chết, kem đánh răng và sữa rửa mặt cũng chứa các hạt nhựa nhỏ (Microbeads) [3].
Vi nhựa đã được tìm thấy trong nước uống, thực phẩm và thậm chí trong cơ thể
con người, làm dấy lên mối lo ngại về ảnh hưởng của chúng đối với sức khỏe con người
và hệ sinh thái. Theo nghiên cứu của Napper và Thompson (2016), túi nylon có thể mất
từ 10 đến 20 năm để phân rã thành vi nhựa hoặc một chai nhựa làm từ chất liệu PET có
thể tồn tại hơn 400 năm trong điều kiện tự nhiên [4]. Ngoài ra, nhựa còn là phương tiện
vận chuyển nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ do khả năng hấp phụ các hợp chất độc
hại và là nơi tích tụ nhiều mầm bệnh, điều này không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến sinh
vật sống trong môi trường mà còn có thể gián tiếp tác động đến con người qua chuỗi thức
ăn. Đáng chú ý, khi vi nhựa bị phân rã dưới tác động của môi trường, đặc biệt là quá trình
phong hóa, các bề mặt của chúng có thể trở nên hoạt động hơn, làm tăng khả năng tương
tác với các chất oxy hóa có trong môi trường [3]. Theo nghiên cứu của Lebreton và các
cộng sự (2017), ước tính rằng từ 1,15 đến 2,41 triệu tấn chất thải nhựa hiện đang đi vào
đại dương mỗi năm từ 20 dòng sông gây ô nhiễm hàng đầu, chủ yếu nằm ở châu Á, chiếm
67% tổng số toàn cầu, những phát hiện này đã cho thấy rác thải nhựa [5].
Khi xâm nhập vào cơ thể người, vi nhựa có thể gây stress oxy hóa bằng cách giải
phóng các hóa chất oxy hóa đã hấp phụ từ môi trường ngoài và kích thích sự sản sinh các
gốc oxy phản ứng (ROS) trong quá trình viêm, gây tổn thương tế bào thông qua quá trình
peroxy hóa lipid, biến đổi protein và tổn thương DNA. Những ảnh hưởng này có thể góp
phần vào sự phát triển của các bệnh liên quan đến stress oxy hóa như viêm mãn tính, suy
giảm miễn dịch và rối loạn chuyển hóa. [6]. Bên cạnh đó, vi nhựa có thể kích thích phản
ứng miễn dịch khi cơ thể nhận diện chúng như các tác nhân lạ. Quá trình này có thể dẫn
đến viêm mãn tính, làm tổn thương mô và gây ra các bệnh tự miễn hoặc suy giảm chức
năng miễn dịch, đồng thời ảnh hưởng đến các enzyme chuyển hóa, làm giảm sản xuất
ATP và gây rối loạn chuyển hóa lipid. Ngoài ra, một số nghiên cứu chỉ ra rằng vi nhựa có
thể tác động đến hệ thần kinh thông qua việc làm gián đoạn tín hiệu thần kinh và gây ra
phản ứng viêm trong não. Khi vi nhựa đi vào hệ tuần hoàn và vượt qua hàng rào máu não,
chúng có thể ảnh hưởng đến chức năng của các tế bào thần kinh, gây ra suy giảm nhận
thức và các rối loạn thần kinh khác, các chất phụ gia trong vi nhựa, chẳng hạn như
bisphenol A (BPA) và phthalates có khả năng gây rối loạn nội tiết và làm tăng nguy cơ
mắc các bệnh ung thư. Các ảnh hưởng nghiêm trọng này đã được tổng hợp bởi Rahman
và cộng sự (2021) từ các nghiên cứu về rủi ro của vi nhựa đến sức khỏe con người [7].
Hình 2. Các loại vi nhựa được phân loại theo nguồn gốc và hình dạng [3].
1.1.3. Vi nhựa Polyethylene terephthalate (PET) trong môi trường
PET là loại nhựa duy nhất có sự cân bằng tối ưu về các đặc tính vật lý và hóa học,
khiến nó trở thành vật liệu phù hợp nhất để sản xuất chai nhựa [8]. Cụ thể, PET có độ
trong suốt cao (gần như 100% khả năng truyền ánh sáng trong chai), bề mặt bóng, trọng
lượng nhẹ và khả năng chống thẩm thấu khí carbon dioxide hiệu quả. Nhờ những ưu điểm
này, PET đã gần như thay thế hoàn toàn thủy tinh trong ngành công nghiệp đóng chai tại
châu Âu, ngoại trừ một số ứng dụng đặc biệt đòi hỏi khả năng chống oxy và tia UV để
bảo vệ sản phẩm bên trong [8]. Hiện nay, sản lượng toàn cầu đối với PET đạt khoảng 14,5
triệu tấn mỗi năm và đang có xu hướng gia tăng. Đặc biệt, việc sử dụng PET trong sản
xuất chai đựng nước có ga dự kiến sẽ tiếp tục tăng trưởng với tốc độ 8% mỗi năm trong
tương lai gần [1]. Tuy nhiên, chính sự bền vững này cũng là nguyên nhân khiến PET trở
thành nguồn ô nhiễm vi nhựa đáng quan tâm.
Vi nhựa PET chứa các thành phần độc hại gây ảnh hưởng đến môi trường. Nghiên
cứu của Chu và các cộng sự (2021) đã kết luận rằng vi nhựa PET là nguồn chính gây ô
nhiễm antimon (Sb), một chất độc hại có trong chất xúc tác tổng hợp PET
[9]. Nghiên cứu cũng phát hiện mối liên hệ rõ ràng giữa mức độ ô nhiễm Sb trong sông
và trầm tích với hoạt động công nghiệp. Đặc biệt, tại khu vực sông Taipu (Trung Quốc),
nơi tập trung nhiều nhà máy sản xuất PET, mức Sb trong nước uống và trầm tích vượt
mức cho phép từ 2,5 đến 7 lần. Do Sb có độ di động cao trong môi trường nước, vi nhựa
PET có thể đe dọa trực tiếp đến nguồn nước uống của người dân [9]. Ngoài tác động môi
trường, vi nhựa PET có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Chúng có
thể hấp thụ các hợp chất độc hại như BPA và phthalates, là những chất gây rối loạn nội
tiết. Khi con người tiêu thụ thực phẩm hoặc nước uống nhiễm vi nhựa PET, các hợp chất
này có thể xâm nhập vào cơ thể, gây ra các rối loạn hormone, suy giảm hệ miễn dịch và
thậm chí tăng nguy cơ ung thư [10]. Tại các con sông thuộc khu vực đô thị ở Hà Nội cũng
cho thấy vi nhựa PET chiếm tỷ lệ cao trong ô nhiễm vi nhựa, từ 14,1% đến 30,8%, theo
báo cáo của Mai Hương và các cộng sự (2023) [11]. Những hạt vi nhựa này không chỉ
tồn tại lâu dài trong môi trường mà còn đóng vai trò như chất mang cho các chất ô nhiễm
hữu cơ và các vi sinh vật gây bệnh, tạo điều kiện cho sự phát triển của các vi khuẩn kháng kháng sinh.
1.2. Kháng sinh và các tác động của kháng sinh với môi trường
1.2.1. Vai trò của kháng sinh
Kháng sinh là nhóm hợp chất hóa học có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế sự phát
triển của vi khuẩn, đóng vai trò thiết yếu trong điều trị nhiễm trùng và kiểm soát bệnh
truyền nhiễm. Sự xuất hiện của kháng sinh đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong
lịch sử y học, giúp giảm đáng kể tỷ lệ tử vong do các bệnh nhiễm trùng vào thời chiến
tranh. Xuất hiện vào năm 1929 khi Alexander Fleming phát hiện ra penicillin – loại kháng
sinh đầu tiên có khả năng tiêu diệt vi khuẩn Staphylococcus sp. [12]. Phát hiện này đã mở
đường cho sự phát triển của hàng loạt các nhóm kháng sinh tự nhiên khác như
aminoglycoside, tetracyline macrolide, vacomycin và trong đó, nhóm quinolones là một
trong những bước tiến quan trọng trong lĩnh vực kháng sinh tổng hợp. Nalidicic acid là
quinolone đầu tiên, được phát hiện vào năm 1962 nhưng chỉ có tác dụng đối với nhiễm
khuẩn tiết niệu. Các fluoroquinolones thế hệ sau như CIP và levofloxacin có phổ tác dụng
rộng hơn, bao gồm cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương, và được sử dụng rộng rãi trong
điều trị nhiễm khuẩn đường hô hấp, tiết niệu và tiêu hóa [12]. Nghiên cứu về kháng sinh
đã tạo ra một sự phát triển mạnh mẽ đối với ngành dược phẩm, nhiều công ty sản xuất
thuốc kháng sinh từ đó ra đời không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát và
phòng ngừa các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm mà còn tạo ra những tác động đáng kể đối
với nền kinh tế toàn cầu.
Kháng sinh có thể hoạt động theo nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm ức chế tổng
hợp thành tế bào vi khuẩn, can thiệp vào quá trình sao chép ADN, hoặc ức chế chức năng
ribosome, từ đó ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn mà không gây hại cho tế con người,