Grzyby zjadają leki w ściekach? Naukowcy pokazują zaskakujące rozwiązanie

Współczesna medycyna rozwiązuje wiele problemów zdrowotnych, ale przy okazji generuje niewidzialne zagrożenie, które trafia prosto do naszych kanalizacji. Resztki antydepresantów, których oczyszczalnie nie są w stanie w pełni usunąć, lądują ostatecznie na polach uprawnych jako nawóz. Zamiast jednak inwestować w drogie technologie, naukowcy z Johns Hopkins University proponują sięgnąć po siły natury. Okazuje się, że rozwiązanie problemu skażenia gleby farmaceutykami może rosnąć na pniu drzewa w postaci pospolitych grzybów.

Resztki antydepresantów z domowych łazienek trafiają później na pola jako nawóz.

Naukowcy twierdzą, że można je „zjeść” za pomocą grzybów.

Badacze z Johns Hopkins University sprawdzili, czy popularne grzyby hodowlane są w stanie rozłożyć ślady leków psychotropowych obecne w osadach ściekowych używanych jako nawóz. Wyniki sugerują, że zwykłe grzyby nadrzewne mogą stać się ważnym narzędziem w walce z farmaceutykami krążącymi w środowisku.

Przeczytaj również: Naukowcy otworzyli 40‑letnie puszki z łososiem. W środku czekała niespodzianka

Od toalety do talerza: niewidzialna droga leków

Nowoczesna medycyna zostawia po sobie ślad nie tylko w statystykach zdrowotnych, ale też w kanalizacji. Część przyjmowanych tabletek wydalamy z organizmu, część trafia do zlewu, gdy ktoś wyrzuca przeterminowane opakowania. Oczyszczalnie radzą sobie bardzo dobrze z bakteriami i metalami ciężkimi, znacznie gorzej z złożonymi cząsteczkami leków.

Po oczyszczeniu powstają tzw. biosolids – osady ściekowe bogate w azot, fosfor i materię organiczną. W Stanach Zjednoczonych powszechnie rozrzuca się je na polach jako nawóz. Wraz z nimi na glebę trafiają mikroślady farmaceutyków, m.in. antydepresantów i innych substancji działających na mózg.

Przeczytaj również: Meteoryt nad Europą robi dziurę w dachu. Naukowcy już zbierają okazy

Nowe badania wskazują, że specjalna grupa grzybów rozkłada większość badanych leków w takich osadach, często niemal całkowicie, w ciągu dwóch miesięcy.

Część wcześniejszych prac sugerowała, że rośliny mogą wchłaniać część tych związków z gleby lub z wody używanej do nawadniania. Nikt nie pokazał wyraźnie, że w ten sposób leki wracają do naszego talerza, ale naukowców niepokoi fakt, że nawet bardzo małe dawki substancji działających na psychikę mogą wpływać na organizmy ludzi i zwierząt.

Dlaczego akurat „białe zgnilizny” mogą wygrać z tabletkami

Zespół z wydziału zdrowia środowiskowego i inżynierii skupił się na tzw. grzybach białej zgnilizny. W naturze te organizmy rozprawiają się z jednym z najbardziej odpornych elementów drewna – ligniną. Potrafią ją rozłożyć dzięki bardzo silnym enzymom, które wypuszczają bezpośrednio do swojego otoczenia.

Przeczytaj również: Jak będzie wyglądała Ziemia za 250 mln lat? Zadziwiająca rola Francji

W odróżnieniu od wielu bakterii, nie działają punktowo na jedną cząsteczkę. Ich enzymy są „wszechstronne”: atakują różne skomplikowane struktury chemiczne. To z kolei sprawia, że świetnie radzą sobie z cząsteczkami leków mocno związanymi z materią organiczną w osadach ściekowych.

Dwa znane gatunki w roli czyścicieli środowiska

Badacze wzięli pod lupę dwa bardzo dobrze znane gatunki:

• Pleurotus ostreatus – popularny boczniak
• Trametes versicolor – pospolity grzyb nadrzewny zwany w anglojęzycznej literaturze „turkey tail”

Oba gatunki łatwo hodować, są szeroko dostępne i od lat służą jako „modelowe” grzyby w badaniach nad rozkładem złożonej materii organicznej. Tym razem ich zadaniem było poradzenie sobie z dziewięcioma różnymi substancjami psychotropowymi, w tym popularnymi antydepresantami takimi jak citalopram i trazodon.

Jak wyglądał eksperyment z osadami ściekowymi

Naukowcy pobrali biosolids z miejskiej oczyszczalni ścieków i celowo „doprawili” je mieszaniną dziewięciu leków w stężeniach umożliwiających dokładne pomiary. Następnie pozwolili grzybom zasiedlić ten materiał i rosnąć na nim nawet przez 60 dni.

Równolegle prowadzili testy w płynnych pożywkach laboratoryjnych, gdzie nie było osadów. Dzięki temu mogli porównać, jak grzyby radzą sobie z lekami w idealnych warunkach, a jak w bardziej skomplikowanej, gęstej masie przypominającej realny nawóz.

Badacze zaobserwowali, że w niektórych przypadkach leki znikały szybciej w prawdziwych osadach niż w sterylnym płynie, co pokazuje, jak ważne są testy w warunkach zbliżonych do praktyki.

Do analizy wyników wykorzystano wysokorozdzielczą spektrometrię mas. To metoda, która pozwala śledzić stężenie poszczególnych substancji w czasie i wykrywać nowe związki powstające przy rozkładzie cząsteczek leków.

Jakie efekty udało się osiągnąć

Oba gatunki grzybów poradziły sobie z zadaniem zaskakująco dobrze. Najważniejsze liczby prezentują się tak:

W jednym przypadku grzyby nie poradziły sobie z konkretną substancją, ale dla pozostałych efekt był wyraźny: od połowy aż do prawie całkowitego zniknięcia danego leku po dwóch miesiącach wzrostu na osadach.

Czy grzyby po prostu chowają leki, czy naprawdę je neutralizują

Samo zniknięcie leku z próbki nie wystarcza, żeby mówić o poprawie bezpieczeństwa. Cząsteczki mogą się przecież „schować” w strukturach grzybni albo przekształcić w inne, równie kłopotliwe formy. Dlatego zespół skupił się na produktach, które powstawały w czasie rozkładu.

Analiza chemiczna wykazała ponad 40 różnych nowych związków wynikających z modyfikacji cząsteczek farmaceutyków. Typowe reakcje to między innymi rozcięcie dużej cząsteczki na mniejsze fragmenty oraz dołączanie atomów tlenu. Tak właśnie działają znane enzymy grzybów białej zgnilizny, które w lesie atakują ligninę w drewnie.

Symulacje toksyczności przeprowadzone z użyciem narzędzia agencji ochrony środowiska sugerują, że zdecydowana większość produktów rozkładu jest mniej toksyczna niż oryginalne leki.

To ważny sygnał, że system z grzybami nie tylko przenosi problem z jednego miejsca w drugie, ale może rzeczywiście zmniejszać potencjalne zagrożenie dla organizmów wodnych i lądowych.

Mycoaugmentation – grzyby jako nowy element oczyszczalni

Badacze używają pojęcia „mycoaugmentation” na opisanie celowego wykorzystania grzybów do poprawy jakości środowiska. W odróżnieniu od zaawansowanych technologii membranowych czy chemicznych, białe grzyby nadrzewne nie wymagają skomplikowanej infrastruktury ani dużych nakładów energii.

W praktyce mogłoby to wyglądać tak, że osady z oczyszczalni trafiają najpierw do specjalnych komór lub pryzm, w których rozwija się grzybnia boczniaka czy Trametes versicolor. Po kilkudziesięciu dniach materiał trafiałby dopiero na pola. W tym czasie stężenie części farmaceutyków mogłoby spaść o połowę, a czasem niemal do zera.

Rozwiązanie ma kilka potencjalnych zalet:

• Niskie koszty energii – grzyby rosną na stałym podłożu, nie trzeba przepompowywać dużych ilości wody.
• Wykorzystanie naturalnych organizmów – oba gatunki są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie.
• Możliwość integracji z obecnymi systemami – etap z grzybami można włączyć pomiędzy oczyszczalnią a polami uprawnymi.
• Szerokie spektrum działania – enzymy białej zgnilizny atakują różne typy cząsteczek, nie tylko pojedyncze leki.

Co to oznacza dla rolnictwa i użytkowników leków

Biosolids pełnią istotną rolę w gospodarce odpadami i rolnictwie. Zamiast wysyłać osady ściekowe na wysypiska, wykorzystuje się je do poprawy jakości gleb, często bardzo zubożonych przez intensywną uprawę. Jednocześnie rośnie świadomość, że w takim materiale mogą kryć się ślady tysięcy różnych związków chemicznych, od metali po farmaceutyki.

Jeśli mycoaugmentation wejdzie do praktyki, rolnicy mogliby korzystać z nawozów z osadów z mniejszą obawą o obecność leków działających na układ nerwowy. Dla konsumentów najważniejszym efektem byłoby zmniejszenie ryzyka długotrwałej ekspozycji na mieszaninę psychoaktywnych substancji obecnych w żywności czy wodzie pitnej.

Warto przy tym pamiętać, że największy wpływ na ilość leków w kanalizacji mają codzienne decyzje użytkowników. Oddawanie przeterminowanych tabletek do aptek zamiast wrzucania ich do toalety czy zlewu wciąż pozostaje prostym i skutecznym działaniem, które zmniejsza obciążenie oczyszczalni.

Co jeszcze trzeba sprawdzić, zanim grzyby trafią do każdej oczyszczalni

Nowe wyniki pochodzą z kontrolowanych eksperymentów, gdzie badacze dokładnie wiedzieli, jakie substancje i w jakich stężeniach znajdują się w osadach. W prawdziwych oczyszczalniach sytuacja jest znacznie bardziej skomplikowana: w ściekach krąży ogromna mieszanka leków, kosmetyków, środków czystości i innych chemikaliów.

Naukowcy będą musieli sprawdzić, jak grzyby zachowują się w kontakcie z taką wieloskładnikową mieszanką oraz czy nie spowalniają ich inne mikroorganizmy obecne w biosolids. Kolejnym pytaniem jest skala: laboratorium to jedno, a przerobienie tysięcy ton osadów rocznie to zupełnie inne wyzwanie logistyczne.

Interesującym kierunkiem stają się też badania nad „doborem” konkretnych szczepów grzybów do określonych grup zanieczyszczeń. Tak jak dziś dobiera się bakterie do kompostowania czy biogazowni, w przyszłości oczyszczalnie mogą korzystać z mieszanek grzybów zoptymalizowanych pod kątem farmaceutyków, pestycydów albo filtrów UV z kosmetyków.

Grzyby jako sprzymierzeńcy w walce z chemią dnia codziennego

Nowe wyniki wpisują się w szerszy trend szukania biologicznych sposobów na radzenie sobie z chemicznym „bagażem” współczesnego stylu życia. Grzyby białej zgnilizny już wcześniej pokazywały, że potrafią degradować pestycydy, barwniki przemysłowe czy niektóre składniki ropy naftowej. Teraz do tej listy dochodzą popularne leki psychotropowe.

Dla miejskich gospodarstw wodno-ściekowych może to oznaczać dodatkowe, stosunkowo tanie narzędzie do ograniczania zanieczyszczeń. Dla badaczy – zachętę, by uważniej przyglądać się potencjałowi grzybów w inżynierii środowiska. A dla zwykłego użytkownika leków to kolejny sygnał, że tabletka nie znika z chwilą połknięcia czy wyrzucenia do toalety. Jej dalszy los rozgrywa się potem w oczyszczalni, glebie i rzekach – a być może w przyszłości w pryzmach porośniętych niepozorną, ale bardzo pracowitą grzybnią.