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

Coraz więcej leków psychiatrycznych kończy nie w apteczce, ale na polach uprawnych razem z osadami ściekowymi.

Naukowcy pokazują nieoczywiste wyjście z kłopotu.

Badacze z Johns Hopkins University sprawdzili, czy popularne grzyby nadrzewne poradzą sobie z resztkami farmaceutyków w osadach ściekowych. Wyniki zaskoczyły ich samych: enzymy produkowane przez te organizmy w dużej mierze rozkładają antydepresanty i inne leki psychotropowe, zanim trafią one do gleby.

Problem: antydepresanty trafiają na nasze pola

Nowoczesne leki działające na mózg – m.in. antydepresanty – są tworzone tak, by przetrwać w organizmie odpowiednio długo. Ta sama „wytrzymałość” sprawia, że ich resztki nie znikają łatwo z środowiska. Po zażyciu część substancji czynnych wydalamy, a niezużyte tabletki ludzie wciąż zbyt często spłukują w toalecie.

W oczyszczalni ścieków większość groźnych bakterii ginie, a metale ciężkie udaje się ograniczyć. Mimo to złożone związki organiczne, w tym farmaceutyki, przechodzą przez system niemal bez zmian. Zostają w tzw. biosolidach, czyli ustabilizowanych osadach ściekowych wykorzystywanych później jako nawóz i polepszacz gleby.

Biosolidy to pożywka dla roślin, ale także nośnik śladowych ilości leków, które mogą trafić do gleby, wód gruntowych i organizmów żywych.

Badania pokazały już, że rośliny potrafią wchłaniać niektóre substancje z gleby wzbogaconej biosolidami lub podlewanej oczyszczonymi ściekami. Nauka nie ma jeszcze jednoznacznej odpowiedzi, w jakim stopniu takie mikroilości leków docierają potem do naszych talerzy, ale naukowcy traktują je jako tzw. zanieczyszczenia budzące niepokój.

Grzyby białej zgnilizny: naturalna „rozdrabniarka” związków chemicznych

Zespół z katedry ochrony środowiska i inżynierii środowiskowej w Johns Hopkins postawił na organizmy, które specjalizują się w rozkładzie wyjątkowo twardych struktur – drewna. Chodzi o tzw. grzyby białej zgnilizny, znane z tego, że potrafią rozkładać ligninę, czyli włóknisty „szkielet” drewna.

W przeciwieństwie do wielu bakterii, te grzyby wydzielają do otoczenia bardzo silne, mało wybredne enzymy. Działają one nie na jeden, ściśle określony związek, ale na całe grupy skomplikowanych cząsteczek. Dla farmaceutów to problem, bo chcą precyzji. Dla specjalistów od oczyszczania środowiska – ogromna zaleta.

• Grzyby białej zgnilizny rozkładają ligninę, jedną z najtrwalszych substancji naturalnych.
• Produkują enzymy zdolne atakować różne typy związków organicznych.
• Dobrze rosną na stałych podłożach, np. trocinach czy osadach ściekowych.

W badaniu wykorzystano dwa gatunki dobrze znane także grzybiarzom i miłośnikom suplementów: boczniaka ostrygowatego (Pleurotus ostreatus) oraz wrośniaka różnobarwnego, potocznie zwanego turkey tail (Trametes versicolor).

Jak wyglądał eksperyment z osadami ściekowymi

Badacze pobrali biosolidy z miejskiej oczyszczalni ścieków i „wzbogacili” je dziewięcioma różnymi lekami psychotropowymi. Wśród nich znalazły się popularne antydepresanty, m.in. citalopram czy trazodon. Następnie pozwolili grzybom zasiedlić przygotowane próby i rosnąć przez maksymalnie 60 dni.

Dla porównania przeprowadzono także testy w standardowych warunkach laboratoryjnych, w płynnych pożywkach bez dodatku biosolidów. W obu przypadkach monitorowano stężenia leków z użyciem wysokorozdzielczej spektrometrii mas – to technika, która pozwala bardzo dokładnie sprawdzić, jak zmienia się skład mieszaniny związków chemicznych.

Różnica między wzorcowym roztworem w laboratorium a prawdziwym osadem ściekowym okazała się duża – część leków znikała nawet szybciej w „brudnej” matrycy.

To ważna wskazówka dla wszystkich, którzy testują biologiczne metody oczyszczania tylko na klarownych roztworach. Środowisko, z którym faktycznie mają do czynienia mikroorganizmy, jest znacznie bardziej złożone i potrafi zmieniać przebieg reakcji.

Jak skuteczne były grzyby?

Oba gatunki okazały się bardzo sprawne. Każdy z nich rozłożył osiem z dziewięciu badanych farmaceutyków. Po dwóch miesiącach poziom poszczególnych substancji spadł średnio o 50%, a w niektórych próbach niemal do zera. Szczególnie dobrze wypadł boczniak, który usunął ponad 90% kilku testowanych antydepresantów.

Badacze sprawdzili też, czy grzyby tylko „chowają” leki w swojej tkance, czy rzeczywiście je przekształcają. Analiza składu chemicznego wykazała powstanie ponad 40 nowych związków – produktów rozpadu cząsteczek farmaceutyków. Typowe reakcje obejmowały rozcięcie większych struktur na mniejsze fragmenty oraz przyłączanie atomów tlenu.

Czy produkty rozpadu są bezpieczniejsze?

Sam fakt, że dana substancja przestaje być wykrywalna w laboratorium, nie oznacza jeszcze, że środowisko jest bezpieczne. Dlatego zespół z Johns Hopkins poszedł krok dalej i użył narzędzi toksykologicznych agencji EPA do oszacowania, jak szkodliwe mogą być nowe związki powstałe z leków.

Większość produktów przemiany enzymatycznej grzybów prawdopodobnie wykazuje mniejszą toksyczność niż wyjściowe leki, co sugeruje realne „odtrucie” osadów.

To kluczowa różnica w porównaniu z niektórymi innymi metodami, które tylko przenoszą zanieczyszczenia z jednej formy w inną lub zatrzymują je w jednym miejscu, ale nie neutralizują.

Mykoaugmentacja – grzyby jako nowy etap oczyszczania ścieków

Autorzy pracy wskazują na tzw. mykoaugmentację – celowe wprowadzanie grzybów w skażone środowisko – jako rozsądną drogę rozwoju technologii oczyszczania biosolidów. Grzyby białej zgnilizny naturalnie występują w wielu ekosystemach i dobrze radzą sobie na stałych podłożach. Można sobie wyobrazić, że oczyszczalnie dodają dodatkowy etap: „dojrzewanie” osadów pod warstwą grzybni.

Taki proces nie wymagałby zaawansowanej infrastruktury ani dużych nakładów energii. Grzyby same budują sieć strzępek, korzystając z materii organicznej jako źródła węgla i energii. System mógłby przypominać kompostownię z kontrolowanymi warunkami wilgotności i temperatury.

Co może pójść nie tak?

Choć wyniki brzmią obiecująco, do zastosowania na szeroką skalę daleko. Trzeba sprawdzić m.in.:

• jak grzyby reagują na różne składy biosolidów z wielu oczyszczalni,
• jak długo muszą rosnąć, by efekt był powtarzalny,
• czy w bardzo dużych instalacjach nie pojawią się problemy np. z przerastaniem konstrukcji,
• jakie są koszty i korzyści finansowe w porównaniu z klasycznymi technologiami.

Naukowcy zwracają też uwagę, że farmaceutyki to tylko jedna grupa zanieczyszczeń w biosolidach. Równolegle trzeba mierzyć się chociażby z mikroplastikiem czy pozostałościami środków ochrony roślin. Mimo to grzyby mogą stać się ważnym elementem większej układanki.

Co to oznacza dla rolnictwa i konsumentów?

Biosolidy są w USA i wielu innych krajach popularnym zamiennikiem części nawozów mineralnych. Dostarczają azotu, fosforu i materii organicznej, poprawiają strukturę gleby i zatrzymywanie wody. Spór toczy się o to, jak bezpieczne są przy długotrwałym stosowaniu i rosnącym obciążeniu chemikaliami z życia codziennego.

Jeśli takie metody jak mykoaugmentacja wejdą do praktyki, rolnicy zyskają narzędzie do zmniejszenia obaw konsumentów oraz organów nadzoru. Dla zwykłego odbiorcy żywności oznacza to szansę na bardziej przejrzysty łańcuch „od ścieku do talerza”, w którym kolejni uczestnicy biorą odpowiedzialność za resztki leków czy innych związków w środowisku.

Warto pamiętać, że każdy z nas ma na to wpływ już dziś. Leki należy oddawać do wyznaczonych punktów w aptekach, a nie wyrzucać do toalety czy domowego kosza. Im mniej farmaceutyków trafi do ścieków na początku, tym mniej zaawansowanych metod trzeba stosować później.

W dłuższej perspektywie rozwój takich technologii jak wykorzystanie grzybów białej zgnilizny może połączyć dwie pozornie sprzeczne potrzeby: powszechny dostęp do nowoczesnych leków oraz ograniczenie ich „drugiego życia” w glebie i wodzie. To przykład, jak proste organizmy, od lat znane z kuchni i lasu, zaczynają odgrywać rolę w inżynierii środowiska i bezpieczeństwie żywności.