Te grzyby jedzą antydepresanty. Naukowcy chcą oczyścić z nich nawozy z oczyszczalni

Problem zanieczyszczenia środowiska farmaceutykami staje się coraz bardziej palący, a tradycyjne oczyszczalnie ścieków często zawodzą w walce z chemią. Naukowcy z Johns Hopkins University odkryli jednak niezwykłego sprzymierzeńca w walce o czystą glebę – popularne grzyby jadalne. Okazuje się, że organizmy te posiadają naturalne „supermoce” pozwalające im dosłownie trawić antydepresanty i inne leki psychotropowe, zanim te trafią na nasze talerze wraz z plonami.

Antydepresanty i inne leki psychotropowe nie znikają w oczyszczalniach ścieków. Trafiają do nawozów, a stamtąd – na pola uprawne.

Naukowcy z Johns Hopkins University pokazali, że popularne grzyby nadrzewne potrafią „zjeść” sporą część tych związków, zanim nawozy z oczyszczalni trafią na glebę. Wykorzystali do tego dobrze znane gatunki: boczniaka i wrośniaka różnobarwnego, zwane grzybami białej zgnilizny drewna.

Ukryty problem: leki w nawozach z oczyszczalni

Większość z nas myśli o antydepresantach, lekach przeciwlękowych czy nasennych wyłącznie w kontekście pacjentów i psychiatrii. Tymczasem po zażyciu organizm wydala ich pozostałości, a część tabletek ląduje w toalecie jako „niepotrzebne leki”. Wszystko to trafia do kanalizacji i dalej do oczyszczalni ścieków.

Przeczytaj również: Te grzyby „zjadają” leki w ściekach. Naukowcy widzą szansę na czystsze pola

Po oczyszczeniu zostaje gęsty, bogaty w składniki odżywcze osad – tzw. biosolidy. W USA, a także w wielu innych krajach, wykorzystuje się je jako nawóz i polepszacz gleby, bo zawierają dużo azotu, fosforu i materii organicznej. Problem w tym, że oprócz pożytecznych składników mogą zawierać ślady farmaceutyków.

Biosolidy działają jak gąbka – wiążą z jednej strony cenne składniki mineralne, z drugiej resztki leków, których standardowe oczyszczanie nie usuwa skutecznie.

Konwencjonalne oczyszczalnie świetnie radzą sobie z bakteriami chorobotwórczymi i wieloma metalami ciężkimi. Znacznie gorzej idzie im rozkład złożonych związków organicznych, takich jak antydepresanty czy inne środki działające na układ nerwowy. One potrafią przetrwać cały proces w niemal niezmienionej formie.

Przeczytaj również: Era homogenocenu: dlaczego wszędzie zaczynamy widzieć te same gatunki

Dlaczego psychoaktywne leki w środowisku budzą niepokój

Badania roślin uprawianych na glebach wzbogaconych biosolidami wskazują, że część farmaceutyków może przedostawać się do tkanek roślin. Na razie nie ma jednoznacznych dowodów, że te ilości zagrażają zdrowiu konsumentów. Mimo to naukowcy wolą nie czekać na moment, gdy problem stanie się widoczny w statystykach medycznych.

Chodzi nie tylko o ludzi. Ślady antydepresantów czy innych leków wpływających na mózg oddziałują również na organizmy wodne: ryby, bezkręgowce, mikroorganizmy. Dla małego zwierzęcia dawka, która w ludzkim organizmie nie wywołałaby żadnego efektu, może już zaburzać zachowanie czy rozmnażanie.

Przeczytaj również: Bakterie zjadają plastik razem. Naukowcy pokazują nową broń przeciw zanieczyszczeniom

Nawet bardzo niskie stężenia substancji działających na psychikę mogą mieć efekt biologiczny – właśnie dlatego stosuje się je w medycynie w mikrogramowych dawkach.

Wiele leków psychotropowych jest zbudowanych tak, by trudno się rozkładały i długo utrzymywały w organizmie. Ta sama cecha powoduje, że stają się „upartymi” zanieczyszczeniami w środowisku. Szukanie metod, które potrafią je skutecznie rozbić na mniej szkodliwe składniki, stało się więc priorytetem w inżynierii środowiska.

Grzyby białej zgnilizny: mistrzowie rozkładu trudnych związków

Zespół z wydziału zdrowia środowiskowego i inżynierii w Johns Hopkins postawił na organizmy, które od milionów lat specjalizują się w rozkładaniu bardzo odpornych substancji – grzyby białej zgnilizny drewna. Te grzyby potrafią rozłożyć ligninę, czyli twardy „szkielet” drewna, z którym większość bakterii sobie nie radzi.

Ich siła tkwi w enzymach. Zamiast wchłaniać gotowe cząsteczki, grzyb „zalewa” swoje otoczenie mieszaniną niespecyficznych enzymów. Te reagują z wieloma różnymi związkami naraz, rozbijając je, utleniając lub przekształcając w inne formy. Leki związane z materią organiczną w biosolidach stają się jednym z wielu celów ataku.

• Pleurotus ostreatus – boczniak, dobrze znany z upraw jadalnych;
• Trametes versicolor – wrośniak różnobarwny, popularny „hubiak” z pni drzew;
• oba gatunki są łatwe w hodowli i dostępne na rynku w dużych ilościach;
• mogą rosnąć bezpośrednio na stałych podłożach, takich jak słoma czy właśnie biosolidy.

Ta „elastyczność enzymatyczna” sprawiła, że naukowcy uznali je za dobrych kandydatów do roli naturalnego filtra farmaceutyków.

Eksperyment: dziewięć leków, dwa gatunki grzybów

Badacze pobrali biosolidy z komunalnej oczyszczalni ścieków i wzbogacili je mieszanką dziewięciu popularnych leków wpływających na psychikę. Wśród nich znalazły się m.in. stosowane na dużą skalę antydepresanty, takie jak citalopram i trazodon.

Na tak przygotowane podłoże wprowadzono zarodniki boczniaka oraz wrośniaka różnobarwnego. Grzyby rosły w tych warunkach nawet 60 dni. Równolegle przeprowadzono podobne doświadczenie w płynnej pożywce laboratoryjnej, bez udziału biosolidów, aby porównać zachowanie leków w prostszym systemie.

Po upływie dwóch miesięcy obydwa gatunki poradziły sobie z ośmioma z dziewięciu badanych substancji. W wielu próbach stężenie leków spadło o połowę lub więcej, a w wybranych przypadkach prawie do zera. Boczniak szczególnie skutecznie redukował zawartość kilku antydepresantów, przekraczając 90% usunięcia.

Różnice między próbkami w laboratorium a realnymi biosolidami

Ciekawe wnioski przyniosło porównanie wyników z płynnej pożywki i biosolidów. Niektóre leki rozkładały się szybciej w złożonej matrycy nawozu niż w prostym roztworze. To pokazuje, że badania prowadzone wyłącznie w szklanych kolbach nie zawsze odzwierciedlają sytuację w praktyce.

Grzyby w biosolidach mają kontakt z większą liczbą związków organicznych, współzawodniczą z innymi mikroorganizmami, inaczej rosną. To zmienia sposób, w jaki produkują enzymy, i wpływa na tempo rozkładu leków. Dlatego zespół celowo sięgnął po „brudne” środowisko, jakim są rzeczywiste nawozy z oczyszczalni.

Nie tylko znikają, ale też zmieniają się w mniej szkodliwe formy

Sam spadek stężenia leku nie musi jeszcze oznaczać sukcesu. Teoretycznie substancja mogłaby po prostu przyczepić się do struktury grzyba i z czasem się z niej uwolnić. Badacze sprawdzili więc, co się dzieje z cząsteczkami na poziomie chemicznym.

Za pomocą wysokorozdzielczej spektrometrii mas wykryli ponad 40 produktów przemiany badanych farmaceutyków. Cząsteczki leków ulegały m.in. rozbijaniu na mniejsze fragmenty, utlenianiu czy innym typowym reakcjom kojarzonym z enzymami grzybów białej zgnilizny.

Analiza wskazuje na prawdziwą detoksykację: leki nie tylko znikają z próbki, ale zmieniają się w związki o niższym prognozowanym ryzyku toksycznym.

Do oceny potencjalnej szkodliwości produktów tych przemian użyto narzędzia hazardowego amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA). Prognozy pokazały, że większość nowych związków powinna być mniej toksyczna niż pierwotne leki. Nie wygląda więc na to, by grzyby zamieniały jeden problem w drugi o podobnej skali.

Mykoaugmentacja – grzyby jako element systemu gospodarki odpadami

W literaturze fachowej pojawia się coraz częściej pojęcie „mykoaugmentacji”, czyli celowego wprowadzania grzybów do zanieczyszczonych środowisk po to, aby przyspieszyć rozkład szkodliwych substancji. Przykłady to choćby rozkład pestycydów na polach czy produktów ropopochodnych przy wyciekach.

W przypadku biosolidów z oczyszczalni dochodzi ważna zaleta: grzyby białej zgnilizny naturalnie rosną na stałych podłożach i nie wymagają skomplikowanej infrastruktury. Można wyobrazić sobie etap pośredni między oczyszczalnią a rolnikiem, gdzie biosolidy dojrzewają z udziałem boczniaka czy wrośniaka w kontrolowanych warunkach.

• niskie zapotrzebowanie na energię – grzyby nie potrzebują podgrzewania czy napowietrzania jak niektóre procesy chemiczne;
• wykorzystanie łatwo dostępnych, popularnych gatunków;
• możliwość skalowania procesu wraz ze wzrostem ilości biosolidów;
• szansa na obniżenie ryzyka środowiskowego związanego z długotrwałą obecnością leków.

Naukowcy podkreślają, że trzeba jeszcze dopracować parametry, takie jak wilgotność, temperatura czy czas wzrostu, aby metoda stała się elementem rutynowej gospodarki osadami ściekowymi. Mimo to już teraz wyniki pokazują, że „grzybowa obróbka” może znacząco zmniejszyć ilość leków trafiających na pola.

Co to znaczy dla konsumentów i rolników

Dla osób kupujących warzywa i owoce z pól nawożonych biosolidami taka technologia oznacza potencjalne obniżenie ryzyka kontaktu z pozostałościami farmaceutyków. Nawet jeśli dzisiejsze poziomy są dalekie od wartości uznanych za groźne, wiele osób woli nie mieć antydepresantów w sałatce w żadnej ilości.

Rolnicy z kolei coraz częściej zderzają się z pytaniami konsumentów o jakość nawozów i bezpieczeństwo środowiskowe gospodarstwa. Możliwość sięgnięcia po biosolidy „przepuszczone” wcześniej przez grzybnię może stać się dodatkowym argumentem w rozmowie o zrównoważonej produkcji żywności.

W szerszej perspektywie mykoaugmentacja wpisuje się w trend szukania biologicznych, niskoemisyjnych metod oczyszczania środowiska. Zamiast rozbudowywać kosztowne instalacje chemiczne, inżynierowie sięgają po to, co natura już wymyśliła – w tym przypadku po gatunki znane ogrodnikom i grzybiarzom.

Grzyby jako „oczyszczacze” także w innych obszarach

Historia z biosolidami to tylko jeden z przykładów, gdzie grzyby białej zgnilizny mogą wnieść realną zmianę. Te same enzymy, które atakują ligninę czy leki psychotropowe, radzą sobie z barwnikami przemysłowymi, niektórymi pestycydami, a nawet zanieczyszczeniami z przemysłu tekstylnego.

W praktyce może to wyglądać tak: odcieki z wysypisk, odpady z garbarni czy ścieki z zakładów chemicznych trafiają na etap filtracji przez bioreaktor z grzybnią. Zanim woda wróci do obiegu, przechodzi przez dziesiątki godzin kontaktu z enzymami, które rozkładają najtrudniejsze związki. To wciąż etap badań, ale kierunek rozwoju technologii jest dość czytelny.

Dla przeciętnego odbiorcy taka wizja może brzmieć zaskakująco – grzyby częściej kojarzą się z kuchnią niż z oczyszczaniem środowiska. Tymczasem w laboratoriach stają się pełnoprawnymi „pracownikami” instalacji inżynierskich, a boczniak, który nie każdemu smakuje na patelni, może okazać się cenniejszy na pryzmie osadów ściekowych niż na talerzu.