Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/52258
Title: Biodegradation of tiamulin by wood-rot fungi and enriched bacterial cultures obtained from swine farms
Other Titles: การย่อยสลายไทอะมูลินโดยราย่อยไม้และกลุ่มแบคทีเรียเอนริชจากฟาร์มสุกร
Authors: Nguyen Thi Kim Xuan
Advisors: Parinda Thayanukul
Onruthai Pinyakong
Other author: Chulalongkorn University. Graduate School
Advisor's Email: Parinda.Th@chula.ac.th,p.thayanukul@gmail.com
Onruthai.P@Chula.ac.th,onruthai@gmail.com
Subjects: Biodegradation
Wood-decaying fungi
Antibiotics
การย่อยสลายทางชีวภาพ
เชื้อราย่อยสลายไม้
ปฏิชีวนะ
Issue Date: 2016
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Tiamulin is a widely used antibiotic in Thai swine farms and persists in manure storage, posing risks related to the spreading of antibiotic and the evolution of resistant bacteria. Twelve strains of wood-rot fungi were collected from swine farms and preliminarily examined for their ability to degrade a recalcitrant compound using brilliant green and crystal violet dyes. Three isolated fungi and three white-rot fungal strains–namely, Lasiodiplodia sp. F1, Fusarium sp. F5, Galactomyces sp. F8, Verticillium sp., Trametes versicolor, and Trametes hirsuta AK4–capable of developing considerable decolorized zones on both dyes exhibited their abilities to degrade 10 mg/L of tiamulin over a period of 12 days: 93.2%, 82.4%, 73.8%, 89.3%, 86.1%, and 66.8%, respectively, and at the rates of 56.7, 6.5, 5.6, 58.6, 56.0, and 6.8 mL/g fungi·d, respectively. Lasiodiplodia sp. F1, Verticillium sp., and Trametes versicolor were able to remove TIA most efficiently (> 85%). Manganese peroxidase was predominantly produced by all strains over laccase and lignin peroxidase suggesting its main role in TIA degradation. In addition, four TIA-degrading bacterial enriched cultures including A (covered anaerobic lagoon source), AN (covered anaerobic lagoon source, nutrient broth), S (stabilization pond source), and SN (stabilization pond source, nutrient broth) were able to remove tiamulin efficiently at concentrations of 2.5 - 200 mg/L with the maximum rates of 99.7%, 99.0%, 99.9% and 99.6%, respectively within 16 h. Monod kinetic values of Ks were 190.9, 469.6, 2000.1, and 206.7 mg/L, respectively and qmax values were 30.7, 63.5, 269.2, and 48.5 mg/L·h. Next-generation sequencing revealed genera Achromobacter, Delftia, Pandoraea in class Betaproteobacteria and genera Pseudomonas, and Stenotrophomonas in class Gammaproteobacteria dominated , indicating that they might contributed to improve tiamulin elimination process. Tiamulin degrading enriched bacterial cultures had an advantage over the tested fungi in term of the degradation rate; however, its application might be limited due to the possibility of spreading antibiotic resistance microbes or genes to environment. Bioencapsulation technique might help to retard the release of microbes. Besides, the extracted fungal manganese peroxidase might be applied to degrade tiamulin. Further investigation is required. In summary, the bacterial enriched cultures and fungi obtained in this study are promising tiamulin degraders that are potentially applied for eliminating tiamulin in contaminated swine manure and wastewater.
Other Abstract: ไทอะมูลิน (Tiamulin) เป็นยาปฏิชีวนะที่มีการใช้อย่างแพร่หลายในฟาร์มสุกรของไทย และเป็นสารที่มีความคงทนในกระบวนการเก็บรักษาปุ๋ยคอกเป็นอย่างมากอันอาจก่อให้เกิดแพร่กระจายยาปฏิชีวนะและทำให้เกิดการวิวัฒนาการของจุลินทรีย์ดื้อยาได้ งานวิจัยนี้ได้นำราย่อยสลายไม้ 12 ชนิดจากฟาร์มสุกรมาทดสอบความสามารถในการย่อยสลายสารที่มีความคงทนโดยใช้สีย้อม brilliant green และ crystal violet โดยพบว่ามีเชื้อราที่คัดแยกมา 3 ชนิด และราย่อยไม้ขาว (white-rot fungi) 3 ชนิดมีชื่อว่า Lasiodiplodia sp. F1, Fusarium sp. F5, Galactomyces sp. F8, Verticillium sp., Trametes versicolor, และ Trametes hirsuta AK4 สามารถทำลายสีย้อมทั้ง 2 ชนิด และสามารถย่อยสลาย 10 mg/L ของไทอะมูลินได้ภายใน 12 วัน โดยมีประสิทธิภาพ 93.2 %, 82.4 %, 73.8 %, 89.3 %, 86.1 %, และ 66.8 % ตามลำดับ และด้วยอัตรา 27.0, 9.8, 5.8, 15.6, 12.6 และ 5.5 mL/g fungi·d ตามลำดับ Lasiodiplodia sp. F1, Verticillium sp., และ Trametes versicolor สามารถย่อยสลายไทอะมูลินได้มีประสิทธิภาพสูงที่สุดคือมากกว่า 85 % ยิ่งไปกว่านั้นพบว่าเอนไซม์ Manganese peroxidase ผลิตได้มากกว่าเอนไซม์ laccase และ lignin peroxidase เป็นอย่างมากในราทุกสายพันธุ์ บ่งบอกว่าเอนไซม์ชนิดนี้น่าจะเป็นเอนไซม์หลักที่ใช้ในการย่อยสลายไทอะมูลิน นอกจากนั้นงานวิจัยนี้ได้ทำการบ่มเพาะกลุ่มจุลินทรีย์ที่ย่อยสลายไทอะมูลิน 4 ประเภท ซึ่งประกอบไปด้วยกลุ่ม A (นำมาจากระบบบำบัดบ่อไร้อากาศแบบปิดคลุม), กลุ่ม AN (นำมาจากระบบบำบัดบ่อไร้อากาศแบบปิดคลุม และเลี้ยงด้วยอาหารที่มี nutrient broth), กลุ่ม S (นำมาจากระบบบำบัดแบบบ่อปรับเสถียร), และกลุ่ม SN (นำมาจากระบบบำบัดแบบบ่อปรับเสถียร และเลี้ยงด้วยอาหารที่มี nutrient broth) ที่สามารถกำจัดไทอะมูลินที่ความเข้มข้น 2.5 - 200 mg/L ภายในเวลา 16 ชั่วโมงด้วยประสิทธิภาพที่ 99.7%, 99.0%, 99.9% และ 99.6% ตามลำดับ และมีค่าตัวแปรทางจลนศาสตร์ของ Monod ค่า Ks ที่ 190.9, 469.6, 2001.0 และ 206.7 mg/L และค่า qmax ที่ 30.7, 63.5, 269.2 และ 48.5 mg/L·h ตามลำดับ การหาลำดับดีเอ็นเออด้วยเทคนิคยุคใหม่พบว่าจีนัส Achromobacter, Delftia และ Pandoraea ในคลาส Betaproteobacteria และจีนัส Pseudomonas และ Stenotrophomonas ในคลาส Gammaproteobacteria มีอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งจีนัสเหล่านี้อาจจะเป็นตัวหลักในการย่อยสลายไทอะมูลิน การทดลองนี้พบว่าเอนริชแบคทีเรียมีประสิทธิภาพเหนือกว่าราที่นำมาทดสอบในด้านอัตราเร็วในการย่อยสลาย แต่หากว่าการนำจุลินทรีย์ไปใช้อาจทำได้จำกัดเนื่องจากมีความเป็นไปได้ที่จะแพร่กระจายเชื้อจุลินทรีย์ดื้อยาและยีนดื้อยาสู่สิ่งแวดล้อม เทคนิคการตรึงจุลินทรีย์ (bioencapsulation) อาจช่วยป้องการการรั่วไหลของเชื้อ และนอกจากนี้ยังอาจสกัดเอนไซม์ manganese peroxidase จากรามาใช้ในการย่อยสลายไทอะมูลินเช่นเดียวกันซึ่งต้องการการศึกษาต่อไป โดยสรุปแล้วเอนริชแบคทีเรียและราที่ได้จากในการทดลองนี้มีความเป็นไปได้สูงที่จะนำไปใช้กำจัดไทอะมูลินที่ตกค้างในปุ๋ยมูลสุกรหรือน้ำเสียที่ได้
Description: Thesis (Ph.D.)--Chulalongkorn University, 2016
Degree Name: Doctor of Philosophy
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Environmental Management
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/52258
Type: Thesis
Appears in Collections:Grad - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5687849920.pdf6.65 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.