Grzyby zjadają antydepresanty? Zaskakujący sposób na czystsze nawozy z oczyszczalni

W pozostałościach po oczyszczaniu ścieków coraz częściej wykrywa się ślady antydepresantów i innych leków. Naukowcy testują nietypowego „sprzątacza”.

Badacze z Johns Hopkins University sprawdzili, czy popularne grzyby nadrzewne potrafią rozkładać resztki farmaceutyków w osadach ściekowych, zanim te trafią na pola jako nawóz. Wyniki sugerują, że to, co dziś ląduje na talerzu w formie pieczonego boczniaka, może jutro pomóc oczyścić glebę z psychoaktywnych zanieczyszczeń.

Od tabletek do pola: ukryty problem nowoczesnej medycyny

Antydepresanty i inne środki działające na mózg są projektowane tak, by długo utrzymywały się w organizmie i działały w niewielkich dawkach. Po użyciu nie znikają jednak magicznie. Trafiają do kanalizacji z moczem i kałem albo po prostu z domowych zlewów, gdy ktoś pozbywa się przeterminowanych tabletek.

W oczyszczalni ścieków większość drobnoustrojów chorobotwórczych ginie, a metale ciężkie da się ograniczyć. Problem zaczyna się przy złożonych związkach organicznych – typowych dla wielu współczesnych leków. Część z nich przechodzi przez proces oczyszczania prawie bez zmian i kończy w biosolidach, czyli przerobionym, ustabilizowanym osadzie ściekowym. Ten materiał, bogaty w azot, fosfor i materię organiczną, rolnicy stosują jako tani nawóz i polepszacz gleby.

Przeczytaj również: Jak kolor skóry zmienia działanie leków i dlaczego medycyna reaguje tak późno

Resztki antydepresantów w biosolidach mogą trafiać na pola uprawne, a stamtąd do gleby i wód, tworząc trudny do uchwycenia „koktajl” związków działających na układ nerwowy.

Część badań sugeruje, że rośliny uprawiane na glebach z dodatkiem biosolidów potrafią wchłaniać fragment tego chemicznego koktajlu. Nie ma jednoznacznych dowodów, że takie ilości szkodzą ludziom, lecz naukowcy traktują je jako potencjalne zagrożenie dla zdrowia psychicznego i ekosystemów wodnych – zwłaszcza organizmów wodnych wyjątkowo wrażliwych na leki wpływające na mózg.

Grzyby białej zgnilizny: naturalne bioreaktory

Zespół z wydziału zdrowia środowiskowego i inżynierii w Johns Hopkins sięgnął po organizmy, które od milionów lat radzą sobie z czymś trudniejszym niż tabletka – z drewnem. Chodzi o tzw. grzyby białej zgnilizny, specjalizujące się w rozkładaniu ligniny, twardego polimeru nadającego drzewom sztywność.

Przeczytaj również: Antybiotyki mogą namieszać w jelitach nawet na osiem lat

Te grzyby działają inaczej niż większość bakterii. Zamiast „zjadać” pojedyncze cząsteczki, wypuszczają na zewnątrz potężne enzymy. Te enzymy działają bardzo szeroko – potrafią atakować wiele różnych związków, a nie tylko jeden konkretny typ.

Do badań wybrano dwa dobrze znane gatunki:

Przeczytaj również: Brak bliskich przyjaciół dosłownie osłabia ciało i przyspiesza choroby

• Pleurotus ostreatus – popularny boczniak, obecny zarówno w laboratoriach, jak i w sklepach spożywczych,
• Trametes versicolor – tzw. wrośniak różnobarwny, tworzący kolorowe „półki” na pniach drzew.

Oba gatunki można stosunkowo łatwo hodować na stałych podłożach, co ma znaczenie, bo biosolidy mają postać gęstej, zwartej masy, a nie klarownej cieczy z probówki.

Eksperyment: grzybnia na osadach ściekowych

Badacze pobrali biosolidy z miejskiej oczyszczalni ścieków i „doprawili” je mieszanką dziewięciu popularnych leków psychoaktywnych. Wśród nich znalazły się m.in. często stosowane leki przeciwdepresyjne, takie jak citalopram czy trazodon. Tak przygotowane próbki zaszczepiono grzybnią boczniaka albo wrośniaka i pozostawiono na okres do 60 dni.

Równolegle prowadzono doświadczenia w ciekłych pożywkach, bez udziału osadów. To standardowe podejście w laboratoriach, ale znacznie odbiega od tego, co dzieje się w realnej oczyszczalni ścieków czy w pryzmie biosolidów czekającej na wywiezienie na pole.

Właściwe pytanie brzmiało nie „czy grzyb rozłoży lek w probówce”, ale „czy poradzi sobie z nim w prawdziwym osadzie ściekowym”.

Do analizy wykorzystano wysokorozdzielcze spektrometry masowe, które pozwalają śledzić stężenia leków oraz produktów ich rozkładu z bardzo dużą dokładnością. Naukowcy obserwowali, jak zmienia się skład chemiczny próbek w czasie, zarówno w płynach, jak i w biosolidach.

Efekt: nawet prawie całkowita eliminacja części leków

Po dwóch miesiącach okazało się, że oba badane gatunki grzybów radzą sobie z psychoaktywnymi farmaceutykami zaskakująco dobrze. Każdy z nich zdołał rozłożyć osiem z dziewięciu testowanych substancji, przy czym poziom usunięcia sięgał od około 50% aż do niemal pełnej eliminacji danego związku.

Szczególnie obiecująco wypadł boczniak. W jego przypadku stężenia kilku leków przeciwdepresyjnych spadły o ponad 90%. Z perspektywy ochrony środowiska oznacza to realne zmniejszenie obciążenia pól uprawnych „chemicznym śladem” ludzkiej psychiatrii.

Co istotne, w wielu przypadkach rozkład leków przebiegał sprawniej w samych biosolidach niż w czystych pożywkach. To sygnał, że obecność materii organicznej, minerałów i złożonego mikrobiomu osadów może wręcz wspierać działanie grzybowych enzymów, zamiast je hamować.

Nie tylko chowanie, lecz prawdziwy rozkład

Badacze sprawdzali, czy grzyb jedynie „chowa” farmaceutyki w swojej biomasie, czy rzeczywiście przekształca je w inne cząsteczki. Analiza chemiczna wykazała ponad 40 różnych produktów powstających w trakcie rozkładu leków.

Za pomocą modułu oceny ryzyka chemicznego amerykańskiej agencji ochrony środowiska porównano toksyczność pierwotnych leków i ich pochodnych. W większości przypadków nowe produkty okazały się mniej szkodliwe niż wyjściowe farmaceutyki. To sugeruje, że mamy do czynienia z realną detoksykacją, a nie zamianą jednego problemu na inny, mniej znany.

Mykoaugmentacja – grzyby jako element gospodarki odpadami

Opisane podejście wpisuje się w szerszy nurt tzw. mykoaugmentacji, czyli celowego wprowadzania grzybów do zanieczyszczonych materiałów po to, by przyspieszyć ich samooczyszczanie. W przeciwieństwie do wielu specjalistycznych technologii, grzyby białej zgnilizny:

• są szeroko rozpowszechnione w naturze i dobrze zbadane,
• potrafią rosnąć na stałych podłożach, takich jak osad ściekowy, trociny czy słoma,
• wymagają stosunkowo niewiele energii i skomplikowanej infrastruktury,
• mają bardzo elastyczny zestaw enzymów, zdolnych atakować różne zanieczyszczenia naraz.

Zastosowanie ich w gospodarce biosolidami mogłoby wyglądać stosunkowo prosto: osady po tradycyjnym oczyszczaniu trafiłyby do specjalnych boksów lub pryzm zaszczepionych grzybnią. Po okresie kilkudziesięciu dni, gdy stężenia farmaceutyków ulegną znacznemu obniżeniu, materiał można by wywozić na pola.

Grzybowa „przedobróbka” biosolidów może stać się brakującym ogniwem między wydajną utylizacją ścieków a troską o zdrowie ludzi i ekosystemów.

Co to znaczy dla rolników i miast?

Dla rolników używających biosolidów badania z Johns Hopkins to sygnał, że pojawia się szansa na bezpieczniejsze nawozy pochodzenia komunalnego. Dla władz miast i operatorów oczyszczalni – potencjalne narzędzie zmniejszenia śladu farmaceutycznego związanego z rosnącym spożyciem leków przeciwdepresyjnych i przeciwlękowych.

Wdrożenie takiego rozwiązania nie nastąpi z dnia na dzień. Trzeba sprawdzić, jak grzybowe instalacje zachowają się w zmiennych warunkach klimatycznych, z różnymi typami osadów, a także jak skalować proces z poziomu kilkulitrowych prób na setki ton materiału miesięcznie. Niezbędne będą testy pilotażowe w realnych oczyszczalniach, także spoza Stanów Zjednoczonych.

Ryzyka i pytania otwarte

Stosowanie grzybów w oczyszczaniu biosolidów rodzi kilka ważnych pytań. Na przykład:

• jak kontrolować rozprzestrzenianie się grzybni poza strefę oczyszczania,
• czy powstające produkty rozkładu nie wchodzą w nieprzewidziane reakcje z innymi zanieczyszczeniami,
• jak zmienia się skład mikrobiologiczny biosolidów po intensywnym zasiedleniu ich przez grzyby,
• czy przeróbka nie wpływa na wartość nawozową materiału.

Naukowcy wskazują, że kolejne etapy badań muszą skupić się właśnie na tych aspektach. W grę wchodzą także kwestie regulacyjne – aby taki proces wszedł do praktyki, trzeba go opisać w przepisach i standardach jakości nawozów pochodzenia komunalnego.

Dlaczego w ogóle przejmować się śladowymi ilościami leków?

Dla wielu osób problem może wydawać się marginalny: stężenia leków w biosolidach są zwykle niskie, a droga od osadu do talerza długa. Naukowcy przypominają jednak, że chodzi o związki zaprojektowane specjalnie po to, by działały na ludzki mózg i układ nerwowy w bardzo małych dawkach.

Stała, nawet minimalna obecność takich substancji w wodzie i glebie może z biegiem lat wpływać na ryby, płazy, bezkręgowce, a także na mikroorganizmy glebowe. Dochodzi do tego efekt koktajlu: w środowisku miesza się wiele leków, środków czystości i pestycydów, których łączne działanie trudno przewidzieć.

Grzyby białej zgnilizny nie rozwiążą całego problemu z dnia na dzień, ale pokazują kierunek: zamiast wyłącznie „przesuwać” zanieczyszczenia z jednego miejsca do drugiego, można je stopniowo rozkładać do mniej szkodliwych form z pomocą organizmów, które od dawna robią to w lasach. A to z kolei otwiera pole do myślenia o oczyszczalniach ścieków nie jako o końcu cyklu, lecz jako o aktywnych uczestnikach obiegu materii i energii, współpracujących z naturą, a nie walczących z nią na siłę.