Grzyby zamiast chemii? Te popularne odmiany czyszczą ścieki z leków

Naukowcy z Johns Hopkins University pokazali, że boczniak ostrygowaty i wrośniak różnobarwny, czyli słynny „turkey tail”, potrafią w znacznym stopniu rozkładać antydepresanty i inne leki psychoaktywne obecne w osadach po oczyszczaniu ścieków. To te same osady, które później trafiają na pola jako nawóz.

Ukryty problem: leki w ściekach i na polach uprawnych

Farmaceutyki projektuje się tak, aby działały w ludzkim mózgu nawet w niewielkich dawkach. Po zażyciu ich resztki przedostają się do kanalizacji z moczem i kałem, część trafia tam również po wyrzuceniu tabletek do toalety. W oczyszczalni ścieków większość mikroorganizmów i metali znika, ale bardziej złożone cząsteczki leków są znacznie trudniejsze do usunięcia.

Po procesie oczyszczania pozostaje gęsty, bogaty w składniki odżywcze osad – tzw. biosolidy. Stosuje się je jako nawóz i polepszacz gleby. Wraz z nimi na pola mogą trafiać śladowe ilości antydepresantów i innych substancji psychoaktywnych.

Nawet bardzo małe dawki tych związków mogą wpływać na układ nerwowy, a część z nich jest wyjątkowo trwała i długo utrzymuje się w środowisku.

Badania pokazały, że niektóre leki przechodzą z biosolidów do roślin, a z roślin do łańcucha pokarmowego. Na razie brak jednoznacznych dowodów, że takie dawki realnie szkodzą konsumentom, ale naukowcy coraz uważniej przyglądają się temu zjawisku. Coraz częściej mówi się też o wpływie farmaceutyków na organizmy wodne i bioróżnorodność.

Dlaczego akurat grzyby mogą poradzić sobie z lekami

Zespół z Johns Hopkins postawił na tzw. grzyby białej zgnilizny drewna. To organizmy, które w naturze rozkładają ligninę – twardy „szkielet” drewna, odporny na wiele innych form życia. W tym celu wytwarzają bardzo silne enzymy, działające na wiele różnych cząsteczek naraz.

Klucz polega na tym, że te enzymy nie wybierają jednego konkretnego związku. Atakują szeroką gamę skomplikowanych struktur chemicznych. A właśnie takimi związkami są nowoczesne leki, zaprojektowane tak, by przetrwać kwasy żołądkowe i metabolizm w organizmie.

• Boczniak ostrygowaty (Pleurotus ostreatus) – popularny grzyb jadalny, łatwy w uprawie, znany z „wegańskich steków” i kuchni azjatyckiej.
• Wrośniak różnobarwny (Trametes versicolor) – pospolity grzyb nadrzewny, przypominający wachlarze, szeroko badany w medycynie naturalnej.
• Grzyby białej zgnilizny – grupa gatunków, które rozkładają drewno za pomocą enzymów zdolnych atakować bardzo odporne cząsteczki.

Taka „chemiczna wszechstronność” sprawia, że grzyby te są naturalnymi kandydatami do rozbijania farmaceutyków związanych z materią organiczną w osadach ściekowych.

Jak wyglądało badanie na biosolidach

Naukowcy pobrali biosolidy z miejskiej oczyszczalni ścieków i wzbogacili je dziewięcioma popularnymi lekami o działaniu na psychikę. Wśród nich znalazły się m.in. dobrze znane antydepresanty, takie jak citalopram czy trazodon.

Następnie zaszczepili osad dwoma gatunkami grzybów i pozwolili im rosnąć bezpośrednio na biosolidach przez 60 dni. Równolegle prowadzili podobne eksperymenty w płynnej pożywce bez dodatku osadów, aby porównać wyniki w „sterylnych” warunkach laboratoryjnych z tym, co dzieje się w rzeczywistym materiale nawozowym.

Kluczowa obserwacja: w części przypadków leki rozkładały się lepiej w prawdziwych biosolidach niż w idealnych roztworach laboratoryjnych.

To mocno podważa częstą w badaniach praktykę, gdy skuteczność metod ocenia się wyłącznie na prostych mieszaninach w kolbkach. W realnym osadzie skład jest dużo bardziej skomplikowany – pełno w nim materii organicznej, mikroorganizmów, zanieczyszczeń metalami. A mimo to, a czasem właśnie dzięki temu, grzyby radziły sobie bardzo dobrze.

Skuteczność: od połowy do prawie pełnej eliminacji

Oba gatunki wykazały wysoką aktywność. Każdy z nich rozłożył osiem z dziewięciu testowanych farmaceutyków. Po dwóch miesiącach poziom wielu związków spadł o około 50%, a w niektórych przypadkach niemal do zera.

Szczególnie dobrze wypadł boczniak ostrygowaty. W jego obecności stężenie kilku antydepresantów zmalało o ponad 90%. Taki wynik w osadzie ściekowym, bez skomplikowanej aparatury, oznacza realny potencjał do zastosowania w oczyszczalniach.

Czy grzyby tylko „chowają” leki, czy naprawdę je neutralizują?

Kluczowe pytanie brzmiało: co dzieje się z cząsteczkami leków po kontakcie z grzybnią? Znikają z pomiaru, bo są wchłaniane, czy zostają chemicznie rozbite na mniej szkodliwe fragmenty?

Badacze użyli wysokorozdzielczej spektrometrii mas, aby prześledzić produkty przemian. Udało się zidentyfikować ponad 40 nowych związków, powstających z farmaceutyków w trakcie działania enzymów grzybów. Wśród reakcji dominowały m.in. rozcinanie cząsteczek na mniejsze części i włączanie atomów tlenu.

Analizy toksykologiczne wskazują, że większość produktów rozpadu powinna być mniej szkodliwa niż pierwotne leki. To sygnał, że mamy do czynienia z realną detoksykacją, a nie tylko przeniesieniem problemu w inne miejsce.

Do oceny zagrożeń użyto narzędzia hazardowego agencji EPA, stosowanego do szybkiej oceny potencjalnej toksyczności związków chemicznych. Wyniki sugerują, że grzybnia nie magazynuje w sobie farmaceutyków, ale faktycznie je rozkłada.

Mycoaugmentation – grzybnia jako element oczyszczania ścieków

Badanie wpisuje się w coraz popularniejszą ideę „mycoaugmentation”, czyli celowego wykorzystania grzybów do usuwania zanieczyszczeń. W odróżnieniu od typowych technologii oczyszczania, które wymagają dużej ilości energii i skomplikowanych instalacji, grzyby mogą rosnąć na stałych podłożach przy stosunkowo niskich kosztach.

Grzyby białej zgnilizny występują w naturze bardzo szeroko, dobrze radzą sobie na materiałach stałych, a ich uprawa jest stosunkowo prosta. To sprawia, że da się myśleć o modułach z grzybnią w ciągach przeróbki osadów, np. jako etap „dobiologicznego” oczyszczania przed wywozem biosolidów na pola.

Co to oznacza dla rolnictwa i zdrowia publicznego

W Stanach Zjednoczonych biosolidy są powszechnie używane jako nawóz i środek poprawiający strukturę gleby. Bogactwo azotu, fosforu i materii organicznej czyni z nich cenny surowiec, pozwalający ograniczać zużycie nawozów mineralnych. Równocześnie narasta dyskusja, czy w dłuższej perspektywie nie kumulujemy w glebie niechcianych związków chemicznych.

Jeśli technologia oparta na grzybach trafi do praktyki, rolnicy mogliby otrzymywać materiał o znacznie niższej zawartości resztek farmaceutyków. To szansa na pogodzenie korzyści z wykorzystania biosolidów z mniejszym ryzykiem dla gleby, upraw i wód gruntowych.

Dla zdrowia publicznego ma znaczenie także wymiar psychiczny sprawy. Sama świadomość, że do obiegu wracają śladowe ilości leków, u wielu osób budzi niepokój. Wprowadzenie biologicznych metod „doczyszczania” przed zastosowaniem nawozowym może ten niepokój ograniczyć.

Co dalej: wyzwania i pytania bez odpowiedzi

Choć wyniki z laboratorium wyglądają bardzo zachęcająco, przed pełnym wdrożeniem pozostaje kilka praktycznych problemów. Trzeba sprawdzić, jak grzybnia zachowa się w dużych instalacjach, przy zmieniającej się jakości osadów i warunkach pracy oczyszczalni.

Otwarte pozostają m.in. takie kwestie, jak:

• utrzymanie stabilnego wzrostu grzybni przy zmiennej wilgotności i temperaturze,
• czas potrzebny na efektywny rozkład farmaceutyków w skali przemysłowej,
• ewentualny wpływ grzybów na inne parametry osadów, np. zapach, strukturę, zawartość składników odżywczych,
• bezpieczeństwo sanitarne połączenia uprawy grzybni z gospodarką osadową.

Badacze zwracają też uwagę na różnicę między wynikami w pożywkach płynnych a biosolidach. Testy w roztworach są tańsze i wygodniejsze, lecz potrafią dawać zbyt optymistyczny albo zbyt pesymistyczny obraz. Dlatego kolejne prace powinny bazować na realnych próbkach osadów z różnych typów oczyszczalni i regionów.

Co mogą zrobić zwykli użytkownicy leków

Nawet najbardziej pomysłowe metody oczyszczania nie zastąpią rozsądnego obchodzenia się z farmaceutykami. Każda tabletka wrzucona do toalety to dodatkowe obciążenie dla systemu, z którym później muszą mierzyć się oczyszczalnie i środowisko.

W polskich warunkach prosty zestaw zasad naprawdę zmniejsza problem:

• nie wylewaj syropów ani nie wyrzucaj tabletek do toalety czy zlewu,
• przeterminowane leki oddawaj do apteki – większość sieci prowadzi specjalne pojemniki,
• nie gromadź dużych zapasów leków „na wszelki wypadek”, które potem trafiają do śmieci,
• stosuj farmaceutyki zgodnie z zaleceniami lekarza, unikając niepotrzebnego zużycia.

Myślenie o grzybach jako „oczyszczaczach” ścieków może brzmieć jak ciekawostka, ale w praktyce wpisuje się w szerszy trend korzystania z naturalnych procesów zamiast wyłącznie energochłonnych technologii. Jeżeli kolejne badania potwierdzą skuteczność takich rozwiązań na dużą skalę, boczniaki i kolorowe „wachlarze” rosnące dziś na pniach drzew mogą za kilka lat stać się cichymi sprzymierzeńcami nowoczesnych oczyszczalni.