Grzyby zamiast chemii: jak boczniaki „czyszczą” ścieki z leków

Codziennie do kanalizacji trafia niewidoczny koktajl substancji psychoaktywnych – od antydepresantów po leki nasenne, z którymi nowoczesne oczyszczalnie po prostu sobie nie radzą. Ta „inteligentna” chemia przenika do nawozów rolniczych, tworząc ryzyko powrotu farmaceutyków na nasze talerze wraz z żywnością. Okazuje się jednak, że natura przygotowała własny filtr w postaci boczniaków, które potrafią zneutralizować te zagrożenia skuteczniej niż zaawansowana technologia.

Psychoaktywne leki, których używamy na co dzień, wracają do nas w jedzeniu i wodzie.

Naukowcy proponują zaskakujący filtr: zwykłe grzyby.

Badacze z Johns Hopkins University sprawdzili, czy popularne gatunki grzybów rozkładają resztki antydepresantów w osadach ściekowych, zanim te trafią na pola jako nawóz. Efekty ich doświadczeń pokazują, że natura może poradzić sobie z tym, z czym nie radzą sobie nowoczesne oczyszczalnie.

Farmaceutyczny ślad w… nawozie z oczyszczalni

Większość przyjmowanych leków nie znika całkowicie z organizmu. Część trafia do kanalizacji z moczem i kałem, resztę dopisują do rachunku wyrzucane do toalety tabletki. Oczyszczalnie świetnie eliminują bakterie i część metali ciężkich, ale znacznie gorzej radzą sobie ze skomplikowanymi związkami chemicznymi używanymi w farmacji.

Takie pozostałości leków lądują w tzw. biosolidach – to oczyszczone, bogate w składniki odżywcze osady ściekowe, które wiele gmin w USA wykorzystuje jako tani nawóz i ulepszacz gleby. Z punktu widzenia rolnika to darmowe azot, fosfor i materia organiczna. Z punktu widzenia toksykologa – mieszanka, w której krążą ślady antydepresantów, środków przeciwlękowych czy leków nasennych.

Nawet niewielkie ilości leków zaprojektowanych tak, by działały na mózg, mogą wywoływać efekt. Dlatego ich obecność w środowisku budzi coraz większy niepokój.

Badania nad roślinami pokazały, że część związków farmaceutycznych potrafi przenikać do tkanek upraw zasilanych nawozami z biosolidów lub podlewanych oczyszczonymi ściekami. Nie ma jeszcze twardych dowodów, że w istotnych ilościach trafiają do ludzi, ale naukowcy wolą nie czekać, aż problem urośnie.

Dlaczego same oczyszczalnie nie wystarczą

Typowa oczyszczalnia działa według jednego schematu: mechaniczne odsianie brudu, napowietrzanie, bakterie rozkładające materię organiczną, na końcu dezynfekcja i zagęszczanie osadów. Ta technologia projektowana była z myślą o mikroorganizmach chorobotwórczych, nie o „inteligentnych” cząsteczkach farmaceutyków.

• Patogeny – usuwane bardzo skutecznie
• Metale ciężkie – znacząco redukowane
• Związki farmaceutyczne – w dużej części przechodzą do biosolidów

Rozbudowa oczyszczalni o zaawansowane filtry i procesy chemiczne bywa kosztowna i energochłonna. Miasta szukają więc rozwiązań, które można wpleść w istniejący system, bez miliardowych inwestycji. I tutaj wchodzą grzyby.

Grzyby białej zgnilizny: naturalne „chemiczne kombajny”

Zespół z Johns Hopkins skupił się na tzw. grzybach białej zgnilizny. To właśnie one w naturze rozkładają najtwardsze elementy drewna, w tym ligninę – bardzo odporny polimer, który wzmacnia tkanki roślinne.

Klucz tkwi w enzymach. Te grzyby wypuszczają do otoczenia zestaw bardzo silnych, a przy tym „niewybrednych” enzymów. Działają one na różne typy cząsteczek, a nie na jeden konkretny cel, jak ma to często miejsce u bakterii.

Ta „elastyczność enzymatyczna” sprawia, że grzyby białej zgnilizny potrafią rozmontować wiele różnych związków naraz – od składników drewna po fragmenty leków uwięzione w osadach.

Dwa gatunki znane z lasu… i ze sklepu

Naukowcy wzięli na warsztat dwa popularne gatunki:

Oba gatunki są dobrze poznane, łatwo dostępne i potrafią rosnąć bez dużych wymagań sprzętowych – wystarczy odpowiednie podłoże.

Jak wyglądało doświadczenie z lekami w osadach

Z miejskiej oczyszczalni pobrano biosolidy, a następnie „doprawiono” je mieszaniną dziewięciu psychoaktywnych leków. Wśród nich były popularne antydepresanty, takie jak citalopram czy trazodon, ale też inne substancje wpływające na nastrój i sen.

Na tak przygotowanym materiale zaszczepiono grzybnię boczniaka i wrośniaka. Grzyby rosły bezpośrednio na osadach nawet do 60 dni. Równolegle badacze prowadzili podobne testy w płynnej pożywce, bez udziału biosolidów, żeby zobaczyć różnice między „laboratoryjną idealną sytuacją” a brudną, realną mieszanką z oczyszczalni.

Zmiany poziomu leków śledzono za pomocą wysokorozdzielczej spektrometrii mas. To technika, która pozwala nie tylko policzyć cząsteczki, ale też podejrzeć, na jakie fragmenty się rozpadają.

Wyniki: do 90% mniej leków w osadach

Oba grzyby poradziły sobie zaskakująco dobrze. Każdy z nich rozłożył osiem z dziewięciu testowanych substancji.

• Skuteczność w zależności od leku: od ok. 50% do niemal całkowitego usunięcia
• Czas trwania eksperymentu: do 60 dni
• Boczniak: ponad 90% redukcji dla kilku antydepresantów

Co ciekawe, niektóre leki znikały szybciej w prawdziwych biosolidach niż w czystej pożywce. To ważny sygnał, że wyniki z idealnych warunków laboratoryjnych nie zawsze przewidują to, co zdarzy się w gęstej, złożonej masie osadu ściekowego.

Czy grzyby tylko „chowają” leki, czy faktycznie je neutralizują

Naukowcy chcieli sprawdzić, czy leki po prostu wsiąkają w grzybnię, czy naprawdę ulegają chemicznej przemianie. Analizy potwierdziły drugą opcję. Zidentyfikowano ponad 40 różnych produktów rozpadu powstałych z cząsteczek farmaceutyków.

Wiele z tych reakcji odpowiada typowym sposobom działania enzymów grzybów białej zgnilizny, na przykład:

• rozcięcie większej cząsteczki na mniejsze fragmenty
• dołączanie atomów tlenu, co zmienia rozpuszczalność i reaktywność
• modyfikacje pierścieni aromatycznych obecnych w wielu lekach

Symulacje przeprowadzone z użyciem narzędzi amerykańskiej agencji ochrony środowiska sugerują, że większość produktów rozpadu jest mniej toksyczna niż oryginalne leki. To wskazuje na realną detoksykację, a nie tylko przesuwanie problemu w inne miejsce.

Mykoaugmentacja – nowe słowo w służbie czystej wody

Badacze nazywają takie podejście „mykoaugmentacją”, czyli celowym wprowadzaniem grzybów do zanieczyszczonego środowiska w roli naturalnych oczyszczaczy. W przypadku biosolidów pomysł jest prosty: dodać etap „grzybowego kompostowania” przed rozwiezieniem osadów na pola.

Taki proces mógłby wyglądać tak:

Grzyby białej zgnilizny rosną na podłożu stałym, nie potrzebują skomplikowanej aparatury, a ich wymagania energetyczne są niskie. To sprawia, że takie rozwiązanie ma szansę być tańsze i bardziej dostępne dla mniejszych miejscowości niż zaawansowane systemy filtracji oparte na ozonie czy membranach.

Co to oznacza dla rolnictwa i konsumentów

Biosolidy, odpowiednio oczyszczone, to cenne źródło składników pokarmowych dla gleb. Pomagają poprawić strukturę ziemi, zatrzymywać wodę i ograniczać zużycie nawozów sztucznych. Problem zaczyna się wtedy, gdy wraz z azotem i fosforem na pole trafiają „koktajle” leków.

Jeśli uda się w praktyce wdrożyć grzybowe oczyszczanie osadów, rolnicy mogliby korzystać z tańszego nawozu z mniejszym ryzykiem niechcianych dodatków. Dla konsumentów oznacza to jedną warstwę bezpieczeństwa więcej – mniejszą szansę, że w łańcuch żywnościowy wnikną ślady antydepresantów czy leków nasennych.

Gdzie czai się ryzyko i jakie są kolejne kroki

Jak w każdej technologii opartej na żywych organizmach, diabeł siedzi w szczegółach. Trzeba sprawdzić, czy grzyby zachowają się tak samo skutecznie na dużą skalę, o różnych porach roku i przy zmiennym składzie osadów. Konieczne są też badania terenowe, które pokażą, czy produkty rozpadu rzeczywiście nie gromadzą się w glebie ani w roślinach.

Warto też pamiętać, że grzyby nie rozwiążą wszystkich problemów zanieczyszczeń. Niektóre związki mogą być odporne na ich enzymy, inne wymagają połączenia kilku metod – na przykład filtrowania, działania bakterii i właśnie mykoaugmentacji.

Co każdy z nas może z tym zrobić

Choć opisywane badania dotyczą technologii na poziomie oczyszczalni, zwykły użytkownik ma tu swój udział. Duża część farmaceutycznego „śmiecia” w ściekach pochodzi z wyrzucanych do toalety leków. W wielu krajach apteki prowadzą zbiórkę przeterminowanych preparatów, ale wciąż mało osób z tego korzysta.

Z punktu widzenia środowiska lepiej oddać stare tabletki do punktu zbiórki niż spłukać je w kanalizacji. Nawet najskuteczniejsze boczniaki nie nadążą za ciągłym dopływem świeżych dawek, jeśli będziemy traktować sedes jak kosz na śmieci.

Historia z grzybami w oczyszczalni pokazuje coś jeszcze: organizmy znane z kuchni czy lasu mogą stać się sprzymierzeńcami w walce z „niewidzialnym” zanieczyszczeniem. Ten sam boczniak, który ląduje na patelni, w innym miejscu może pracować jako mikrobiologiczny filtr dla całego miasta.