Pozostałości leków w nawozach — niewidoczny, ale poważny problem
W oczyszczalniach ścieków bakterie i wirusy są skutecznie eliminowane z odpadów płynnych, jednak znaczna część pozostałości farmaceutycznych uparcie się w nich utrzymuje. Antydepresanty, środki nasenne i inne substancje psychoaktywne trafiają do kanalizacji razem z moczem i kałem, a niekiedy po prostu spłukiwane są w toalecie jako niepotrzebne tabletki.
Po oczyszczeniu wody zostaje gęsta, bogata w składniki odżywcze masa — osad ściekowy, zwany też biomasą stałą. Zawiera on azot, fosfor i materię organiczną, dlatego zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak i w Europie jest powszechnie stosowany jako nawóz i środek poprawiający strukturę gleby.
Rolnicy zyskują w ten sposób darmowe składniki odżywcze, ale wraz z nimi na pola trafia niepożądany ładunek — resztki leków, środków czystości i innych złożonych związków chemicznych, których oczyszczalnie usuwają tylko częściowo.
Nawet bardzo niskie stężenia substancji psychoaktywnych budzą niepokój, ponieważ zostały zaprojektowane tak, by wywierać efekt już w małych dawkach.
Badania wykazują, że rośliny mogą przyswajać pewne pozostałości leków z gleby nawożonej osadem lub z wody irygacyjnej. Bezpośrednie ryzyko dla konsumentów nie jest jeszcze w pełni udowodnione, jednak organizmy wodne i życie glebowe są narażone na realne zagrożenia — szczególnie przy długotrwałej ekspozycji.
Dlaczego tradycyjne oczyszczanie słabo radzi sobie z lekami
Oczyszczalnie ścieków zostały zaprojektowane z myślą o trzech zadaniach: eliminowaniu patogenów, rozkładzie materii organicznej oraz redukcji metali ciężkich i substancji biogennych. Znacznie gorzej radzą sobie ze współczesnymi związkami farmaceutycznymi.
- Leki są często chemicznie trwałe i trudne do rozłożenia.
- Mocno wiążą się z materią organiczną zawartą w osadzie.
- Oczyszczalnie pracują przy stosunkowo krótkich czasach retencji, podczas gdy niektóre substancje potrzebują znacznie dłużej, by ulec degradacji.
W efekcie wiele leków nie opuszcza instalacji wraz z wodą, lecz pozostaje uwięzionych w osadzie. Kiedy ten osad trafia na pola i łąki, substancje te są po prostu rozsiewane po gruntach rolnych.
Badacze sięgnęli po grzyby rozkładające drewno jako naturalne oczyszczacze
Zespół badawczy z Johns Hopkins University poszukiwał taniego, biologicznego sposobu na neutralizację pozostałości farmaceutycznych już na etapie osadu. Uwagę naukowców przykuły tak zwane grzyby białej zgnilizny — organizmy naturalnie rozkładające drewno w środowisku.
Do tej grupy należą między innymi boczniak ostrygowaty (Pleurotus ostreatus) oraz Trametes versicolor, znany jako wrośniak różnobarwny. Oba gatunki słyną ze zdolności do rozkładu ligniny — niezwykle wytrzymałej substancji nadającej drewnu jego twardość.
Aby to osiągnąć, grzyby wydzielają do otoczenia potężne, mało wyspecjalizowane enzymy. Nie atakują one jednego konkretnego cząsteczki, lecz całą gamę złożonych struktur organicznych. To właśnie czyni je obiecującymi kandydatami do usuwania resztek farmaceutycznych silnie związanych z materią organiczną.
Te same enzymy, które powoli rozkładają pień drzewa w leśnej glebie, okazują się zdolne do rozbijania antydepresantów i innych leków na mniejsze fragmenty.
Jak przebiegał eksperyment z osadem i grzybami
Naukowcy pobrali osad ściekowy z komunalnej oczyszczalni, a następnie wzbogacili go w laboratorium o dziewięć powszechnie stosowanych leków psychoaktywnych — w tym antydepresanty, takie jak citalopram i trazodon.
Następnie pozwolili obu gatunkom grzybów rosnąć bezpośrednio na tym osadzie przez okres do sześćdziesięciu dni. Równolegle prowadzono eksperymenty w płynnych podłożach hodowlanych, by uchwycić różnice między kontrolowanym środowiskiem laboratoryjnym a dużo bardziej skomplikowaną rzeczywistością prawdziwego osadu.
Za pomocą zaawansowanej spektrometrii masowej naukowcy śledzili stężenia leków i poszukiwali nowych związków powstających podczas rozkładu.
Usunięcie niemal wszystkich pozostałości farmaceutycznych
Wyniki okazały się imponujące. Oba gatunki grzybów zdołały znacząco zredukować osiem z dziewięciu testowanych substancji. Stopień usunięcia wahał się od około połowy do niemal całkowitej eliminacji po dwóch miesiącach.
W wielu przypadkach boczniak ostrygowaty wypadł najlepiej — osiągnął ponad 90-procentową skuteczność usuwania kilku antydepresantów. To szczególnie interesujące, bo ten gatunek jest powszechnie dostępny i już teraz hodowany na wielką skalę do celów spożywczych.
Co ciekawe, w niektórych przypadkach rozkład w prawdziwym osadzie przebiegał intensywniej niż w płynnej hodowli laboratoryjnej. To dowodzi, że testowanie w rzeczywistych matrycach — takich jak osad ściekowy — jest absolutnie kluczowe. Substancja, która szybko znika w czystej cieczy, może zachowywać się zupełnie inaczej w złożonej mieszaninie tłuszczów, humusu i metali.
Prawdziwa detoksykacja, nie tylko maskowanie problemu
Przy tego rodzaju badaniach bioremediacyjnych zawsze pojawia się jedno kluczowe pytanie: czy substancje znikają, bo gdzieś się przytwierdzają, czy też są chemicznie rozkładane na mniej szkodliwe składniki?
Analizy wykazały, że grzyby rzeczywiście chemicznie atakują cząsteczki leków. Naukowcy zidentyfikowali ponad czterdzieści nowych związków powstających w wyniku otwierania, utleniania lub innych przemian oryginalnych molekuł.
Korzystając z narzędzia do oceny ryzyka opracowanego przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska, oszacowano toksyczność tych nowych substancji. Większość produktów rozkładu wydaje się mniej szkodliwa niż wyjściowe leki — co wskazuje na prawdziwą detoksykację, a nie jedynie przeniesienie problemu w inne miejsce.
Grzyby zdają się nie tylko porządkować osad, ale też faktycznie czynić go mniej niebezpiecznym dla środowiska i zdrowia publicznego.
Na drodze do zastosowania na szeroką skalę — mikoaugmentacja w oczyszczalniach
Wykorzystanie grzybów do redukcji zanieczyszczeń nosi nazwę mikoaugmentacji: polega na celowym wprowadzaniu grzybów do skażonego środowiska w celu jego naturalnego oczyszczenia.
Grzyby białej zgnilizny szczególnie dobrze nadają się do tego zadania, ponieważ:
- chętnie zasiedlają stałe podłoża, takie jak drewno czy cząstki osadu;
- są szeroko dostępnymi i stosunkowo tanimi gatunkami;
- wymagają niewielkich nakładów energii i prostej infrastruktury;
- mogą być stosowane w systemach wsadowego przetwarzania osadu.
Teoretycznie można by dodać dodatkowy etap do obecnego procesu przeróbki osadu: zanim materiał trafi na grunty rolne, oczyszczalnie pozwalałyby mu przez kilka tygodni lub miesięcy być „kolonizowanym" przez wyselekcjonowane gatunki grzybów. Następnie osad mógłby być dalej suszony lub kompostowany — a grzyby zdążyłyby już w dużej mierze wykonać swoją pracę.
Co to oznacza dla rolnictwa i zdrowia publicznego
Na całym świecie rośnie niepokój związany z tak zwanymi substancjami priorytetowymi — lekami, związkami hormonopodobnymi i mikroplastikami. Osad ściekowy jest jednym z głównych nośników, którymi trafiają one na grunty rolne.
Jeśli grzyby są w stanie rozłożyć znaczną część najbardziej uporczywych substancji, zmienia to profil ryzyka związanego ze stosowaniem osadu na polach. Rolnicy dostają wówczas na swoje grunty mniej pozostałości farmaceutycznych, a gleba i wody gruntowe są mniej narażone na chroniczne zanieczyszczenie.
W perspektywie długoterminowej może to przynieść korzyści również przedsiębiorstwom wodociągowym — do systemu wodnego trafiałoby mniej trudno usuwalnych substancji. A obywatele byliby mniej narażeni na mikroskopijne dawki substancji psychoaktywnych w warzywach czy wodzie z kranu.
Otwarte pytania i kolejne kroki
Badanie przeprowadzono w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Przed wdrożeniem na szeroką skalę należy rozstrzygnąć kilka ważnych kwestii praktycznych:
- Jak szybko grzyby rozwijają się w rzeczywistych zbiornikach osadu w oczyszczalniach?
- Jak trwałe są produkty rozkładu i czy pozostają mniej szkodliwe w glebie i wodzie?
- Jakie koszty generuje wydłużony czas składowania i dodatkowa infrastruktura, i czy są one uzasadnione uzyskanymi korzyściami środowiskowymi?
- Jaka kombinacja gatunków grzybów najskuteczniej rozkłada możliwie najszerszy zestaw leków i innych substancji chemicznych?
Decydenci i organy regulacyjne będą musieli również określić, jak traktować takie biologiczne etapy uzdatniania w przepisach dotyczących stosowania osadu. Chodzi między innymi o normy dla dopuszczalnych stężeń leków oraz wytyczne dotyczące kontrolowanego stosowania grzybów w skali przemysłowej.
Czym dokładnie są grzyby białej zgnilizny?
Nazwa „biała zgnilizna" odnosi się do charakterystycznego wyglądu drewna zaatakowanego przez te grzyby — staje się ono jaśniejsze i bardziej włókniste. Organizmy te rozkładają nie tylko celulozę, ale też ligninę, co jest rzadką zdolnością — lignina uchodzi bowiem za jeden z najtwardszych naturalnych polimerów.
Enzymy, którymi się posługują — takie jak lakkazy i peroksydazy — są wyjątkowo wydajne i mało wyspecjalizowane. Stąd szerokie perspektywy ich przemysłowego zastosowania: od bielenia masy papierniczej, przez rozkład barwników, aż po degradację substancji farmaceutycznych.
Ktokolwiek hoduje grzyby na fusach kawowych lub słomie, pracuje w gruncie rzeczy z tymi samymi biologicznymi mechanizmami. Kluczowa różnica polega na tym, że w laboratorium świadomie dobiera się gatunki i warunki optymalne dla rozkładu zanieczyszczeń — a nie pod kątem smaku czy plonów w kuchni.
Praktyczne wskazówki dotyczące ograniczania pozostałości leków
Choć badanie otwiera przede wszystkim perspektywy dla oczyszczalni i decydentów, każdy z nas może już teraz podjąć konkretne kroki, by ograniczyć emisję niepożądanych pozostałości farmaceutycznych:
- Oddawaj stare i nieużywane leki do apteki lub punktu zbiórki odpadów — nigdy nie spłukuj ich w toalecie ani zlewie.
- Stosuj leki wyłącznie zgodnie z zaleceniami lekarza lub farmaceuty, aby ograniczyć marnotrawstwo i nadmierne zużycie.
- Zwracaj uwagę na oznakowania ekologiczne środków czystości — wiele z nich znacząco przyczynia się do powstawania chemicznego koktajlu w ściekach.
Dla rolnictwa i gospodarki wodnej badanie otwiera drzwi do ściślejszego połączenia ekologii z techniką. Tam, gdzie do tej pory dominowały rozwiązania chemiczne i mechaniczne, grzyby, bakterie i inne organizmy coraz wyraźniej zaznaczają swoją obecność jako sojusznicy w dbaniu o czystość wody i gleby.
