Problem: resztki leków w osadach ściekowych trafiają na pola uprawne
W oczyszczalniach ścieków zostają resztki antydepresantów i innych leków psychotropowych — a potem lądują na polach. Teraz uwagę naukowców przykuły dwa niepozorne grzyby.
To, co zwykle kończy się na patelni lub jako kolorowy nalot na pniach drzew, może stać się ważnym narzędziem ochrony środowiska. Badacze z Johns Hopkins University w USA odkryli, że pewne grzyby rozkładające drewno są w stanie usuwać pozostałości farmaceutyków z osadów ściekowych — i to ze zaskakującą skutecznością.
Leki psychotropowe, takie jak antydepresanty, środki uspokajające czy tabletki nasenne, działają precyzyjnie na ludzki mózg. Po zażyciu organizm wydala jednak część substancji czynnych. Do tego dochodzą przeterminowane leki, które wiele osób wciąż wyrzuca do toalety lub zlewu.
W oczyszczalni woda jest co prawda oczyszczana mechanicznie i biologicznie, ale większość organicznych substancji śladowych pozostaje niezmieniona. Koncentrują się w tzw. osadach ściekowych — nazywanych dziś często „biosolidami" — bogatej w składniki odżywcze mieszaninie stosowanej jako nawóz na gruntach rolnych.
Oczyszczalnie skutecznie eliminują drobnoustroje, ale często zawodzą wobec złożonych cząsteczek leków, które pozostają w osadach.
W ten sposób substancje czynne trafiają w bezpośrednie sąsiedztwo gleby, wód gruntowych i roślin uprawnych. Badania wykazują, że rośliny potrafią pobierać pewne leki. Czy substancje te faktycznie docierają do ludzkiego organizmu w mierzalnych ilościach — tego jeszcze nie wyjaśniono do końca, ale specjaliści i tak biją na alarm.
Grzyby białej zgnilizny: mistrzowie rozkładu trudnych cząsteczek
Nowe badanie skupia się na tzw. grzybach białej zgnilizny. Te organizmy są szeroko rozpowszechnione w lasach i uważane za specjalistów w rozkładzie ligniny — substancji nadającej drewnu twardość i wyjątkowo odpornej chemicznie.
Właśnie ta zdolność czyni je tak interesującymi. Wydzielają silne, stosunkowo niespecyficzne enzymy, które atakują nie tylko składniki drewna, ale całą gamę złożonych cząsteczek organicznych — w tym farmaceutyki.
W badaniu wzięły udział dwa gatunki:
- Pleurotus ostreatus — znany powszechnie jako boczniak ostrygowaty, popularny grzyb jadalny
- Trametes versicolor — kolorowo prążkowany wrośniak różnobarwny, często spotykany na martwym drewnie
Oba gatunki są tanie, łatwe w hodowli i dostępne na całym świecie. Idealne kandydatury do testów jako naturalne „mini-oczyszczalnie".
Jak przebiegał eksperyment z osadami ściekowymi
Do badania zespół wykorzystał osady ściekowe z komunalnej oczyszczalni. W laboratorium materiał wzbogacono celowo o dziewięć substancji psychoaktywnych, w tym popularne antydepresanty jak citalopram czy trazodon.
Następnie grzyby hodowano bezpośrednio na tych osadach — w warunkach możliwie zbliżonych do rzeczywistego zastosowania. Równolegle przeprowadzono testy w kulturach płynnych bez osadów, aby móc lepiej ocenić różnice.
Przez okres do 60 dni naukowcy mierzyli przy pomocy wysokorozdzielczej spektrometrii masowej, jak bardzo zmniejsza się stężenie leków i jakie produkty rozkładu powstają.
Wyniki: rozkład sięgający niemal 100 procent
Oba gatunki grzybów osiągnęły imponujące rezultaty. Spośród dziewięciu testowanych substancji czynnych każdy z nich rozłożył po osiem, często w znacznym stopniu:
- Usunięcie od około 50% do niemal 100% poszczególnych substancji
- W przypadku kilku antydepresantów boczniak ostrygowaty osiągnął skuteczność powyżej 90%
- W niektórych przypadkach rozkład w stałych osadach przebiegał nawet lepiej niż w kulturach płynnych
Grzyby nie pochłaniają substancji czynnych — one je chemicznie rozkładają na nowe, zazwyczaj mniej problematyczne związki.
Analizy wykazały, że z leków powstało ponad 40 różnych produktów rozkładu. Typowe reakcje obejmowały rozszczepianie na mniejsze cząsteczki lub przyłączanie tlenu — dokładnie to, co enzymy grzybów białej zgnilizny robią w naturze ze składnikami drewna.
Kluczowe pytanie: czy produkty rozkładu są rzeczywiście mniej toksyczne?
Poważną obawą przy takich metodach jest ryzyko zastąpienia jednej problematycznej substancji inną, potencjalnie nieznaną. Zespół skorzystał dlatego z narzędzia do oceny zagrożeń opracowanego przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA), aby oszacować toksyczność nowych cząsteczek.
Obliczenia modelowe wskazują, że większość produktów rozkładu jest mniej toksyczna niż oryginalne leki. To przemawia za rzeczywistą detoksykacją — a nie tylko przesunięciem problemu w inne miejsce.
Bez otwartych pytań się jednak nie obejdzie. Modele laboratoryjne i szacunki komputerowe dostarczają pierwszych wskazówek, ale muszą być w dłuższej perspektywie uzupełnione rzeczywistymi obserwacjami środowiskowymi i testami toksykologicznymi.
Mikoaugmentacja: grzyby jako element nowoczesnego oczyszczania osadów
Naukowcy mówią o „mikoaugmentacji" — czyli celowym wykorzystaniu grzybów do obróbki zanieczyszczonych materiałów. Wizja jest taka, że oczyszczalnie ścieków mogłyby wprowadzić dodatkowy etap przed wywozem osadów na pola, w którym grzyby rosną bezpośrednio na szlamie.
Przemawia za tym kilka argumentów:
- Grzyby rosną na stałych podłożach — czyli bezpośrednio na osadach, bez konieczności budowy skomplikowanych reaktorów
- Metoda wymaga stosunkowo niewiele energii
- Gatunki takie jak boczniak ostrygowaty są odporne i łatwe w hodowli
- Technologię można testować modułowo i rozwijać stopniowo
Jednocześnie pojawiają się pytania praktyczne: jak długo grzyby musiałyby rosnąć na osadach? Jak stabilna pozostaje ich wydajność przy dużych ilościach i zmiennym składzie? Co dokładnie dzieje się później z materiałem przerosłym grzybnią?
Znaczenie dla Polski i Europy
Również w naszym kraju postępowanie z osadami ściekowymi jest pod rosnącą presją — zarówno polityczną, jak i merytoryczną. Część osadów jest spalana, część — w zależności od regionu i przepisów — nadal trafia jako nawóz na pola. Równolegle toczy się dyskusja o zaostrzeniu norm dla substancji śladowych w obiegu wody.
Metody zbliżone do natury, takie jak obróbka grzybami, mogłyby stać się elementem uzupełniającym obok filtrów węglowych, ozonowania czy membran filtracyjnych. Możliwe zastosowania obejmują między innymi:
- Instalacje pilotażowe w istniejących oczyszczalniach ścieków
- Połączenie obróbki grzybami z następowym kompostowaniem
- Specjalne reaktory grzybowe dla szczególnie zanieczyszczonych osadów, np. ze szpitali
Dla rolnictwa otwiera się tym samym długofalowa szansa na bardziej przyjazne dla klimatu wykorzystanie zasobnych w składniki odżywcze osadów — bez nadmiernego zanieczyszczania pól resztkami leków.
Co kryje się za pojęciami „biosolidy" i „biała zgnilizna"
„Biosolidy" to termin techniczny, używany głównie w świecie anglojęzycznym. Chodzi w istocie o przetworzone osady ściekowe, które zostały higienizowane, odwodnione i częściowo uszlachetnione, by mogły służyć jako nawóz lub środek poprawiający strukturę gleby.
Biała zgnilizna to szczególny rodzaj rozkładu drewna: grzyby rozkładają ligninę intensywniej niż inne składniki drewna. Drewno staje się wówczas włókniste i jasne, niemal wybielone — stąd nazwa. Ten radykalny atak chemiczny na bardzo stabilny biopolimer pokazuje, jaki potencjał drzemie w układzie enzymatycznym tych organizmów.
Ryzyka i ograniczenia rozwiązania opartego na grzybach
Choć pomysł brzmi atrakcyjnie, nie jest to złoty środek na wszystko. Kilka kwestii wymaga uwagi:
- Grzyby nie rozkładają wszystkich substancji jednakowo skutecznie — pewne związki mogą pozostawać niezmienione.
- Instalacje na dużą skalę muszą udowodnić, że wyniki laboratoryjne powtarzają się przy tonach materiału.
- Nowe produkty rozkładu wymagają rzetelnej oceny zanim zostaną uwolnione w dużych ilościach do środowiska.
- Temperatura, wilgotność i zawartość składników odżywczych w osadach silnie wpływają na wzrost grzybów.
Mimo to badanie wyraźnie pokazuje, że rozwiązania oparte na przyrodzie mogą wypełniać luki, których klasyczna technika oczyszczania dotychczas nie potrafiła zamknąć. Zwłaszcza w połączeniu z metodami technicznymi powstaje elastyczny zestaw narzędzi do walki z resztkami leków w środowisku.
Co mogą zrobić prywatne gospodarstwa domowe
Niezależnie od nowych technologii w oczyszczalniach kluczowe znaczenie ma źródło problemu. Każdy, kto zażywa leki, może przyczynić się do tego, żeby mniej substancji czynnych trafiało do obiegu wody:
- Nie wyrzucać przeterminowanych leków do zlewu ani do toalety
- Korzystać z aptek lub komunalnych punktów zbiórki odpadów do utylizacji leków
- Dokładnie czytać ulotki i przestrzegać zalecanych dawek
Im mniej substancji czynnych trafia do ścieków, tym łatwiejsze zadanie mają grzyby, bakterie i systemy filtracyjne. Boczniak ostrygowaty i wrośniak różnobarwny mogłyby stać się cichymi pomocnikami — rosnąc spokojnie na osadach ściekowych, daleko od talerza, ale z wymiernym wpływem na środowisko i zdrowie człowieka.
