Niewidoczny koktajl leków w nawozach z oczyszczalni ścieków
Dwa powszechnie znane gatunki grzybów mogą okazać się zaskakującym rozwiązaniem jednego z narastających problemów środowiskowych. Naukowcy z Johns Hopkins University wykazali, że tzw. grzyby białej zgnilizny — w tym boczniaki i wrośniak różnobarwny — są w stanie rozłożyć znaczną część pozostałości leków w osadach ściekowych, zanim trafią one na pola uprawne. To odkrycie może poważnie ograniczyć zagrożenia dla zdrowia ludzi i stanu środowiska naturalnego.
Po zażyciu leków antydepresanty, środki nasenne i inne substancje psychoaktywne opuszczają organizm wraz z moczem i kałem. Część pochodzi z niewykorzystanych tabletek wyrzucanych do toalety. Oczyszczalnie ścieków skutecznie eliminują patogeny i metale ciężkie, jednak wiele substancji farmaceutycznych pozostaje w środowisku w niezmienionej formie.
Powstające osady — tzw. biosolidy — są bogate w składniki odżywcze i w Stanach Zjednoczonych powszechnie stosowane jako nawóz oraz środek poprawiający strukturę gleby. Razem z nimi na pola trafia mieszanina pozostałości leków. Niektóre badania sugerują, że rośliny mogą wchłaniać te substancje, choć wciąż nie wiadomo dokładnie, w jakim stopniu mogą one ostatecznie trafiać na nasze talerze.
Nawet bardzo niskie stężenia substancji psychoaktywnych mogą wpływać na układ nerwowy, a w środowisku naturalnym rozkładają się one wyjątkowo powoli.
Ryzyko dla ekosystemów wodnych jest już lepiej udokumentowane. Badania na zwierzętach wykazują, że antydepresanty zaburzają zachowanie i rozmnażanie ryb oraz innych organizmów wodnych. Pojawia się zatem kluczowe pytanie: jak zapobiec przedostawaniu się takich substancji z biostałych do środowiska?
Grzyby białej zgnilizny: destruktorzy drewna z niezwykłą supermocą
Zespół badawczy skupił się na grzybach białej zgnilizny, znanych ze zdolności do rozkładania ligniny — twardej substancji nadającej drewnu wytrzymałość, z którą większość organizmów sobie nie radzi. Do tego procesu grzyby wykorzystują potężne enzymy o szerokim spektrum działania, zdolne do rozkładania wielu złożonych cząsteczek.
Właśnie ta cecha czyni je interesującymi w kontekście pozostałości farmaceutycznych, które mają tendencję do wiązania się z materią organiczną w osadach i przez to są trudno dostępne dla innych metod oczyszczania. Enzymy grzybów białej zgnilizny wnikają jednak w tę organiczną sieć i atakują nawet syntetyczne, wytworzone przez człowieka związki chemiczne.
- Pleurotus ostreatus — powszechnie znany jako boczniak ostrygowaty, dostępny również w sklepach spożywczych
- Trametes versicolor — kolorowy wrośniak różnobarwny, często spotykany na martwych pniach drzew, w nauce nazywany „turkey tail"
Oba gatunki od dłuższego czasu są przedmiotem badań w dziedzinie mykoremediacjii — czyli wykorzystania grzybów do oczyszczania skażonych gleb i wód.
Przebieg eksperymentu z osadami ściekowymi i pozostałościami leków
Badacze zebrali biosolidy z miejskiej oczyszczalni ścieków i dodali do nich dziewięć powszechnie stosowanych leków psychoaktywnych, w tym antydepresanty takie jak citalopram i trazodon. Następnie pozwolili grzybom rosnąć bezpośrednio na tych osadach przez maksymalnie sześćdziesiąt dni.
Równolegle przeprowadzono drugą serię eksperymentów w płynnych pożywkach pozbawionych osadów. Pozwoliło to ocenić, czy grzyby zachowują się inaczej w warunkach zbliżonych do rzeczywistych niż w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Za pomocą zaawansowanej spektrometrii mas naukowcy mierzyli tempo i stopień redukcji stężeń leków oraz identyfikowali powstające produkty rozkładu.
Wyniki: niemal całkowite usunięcie substancji
Oba gatunki grzybów okazały się zaskakująco skuteczne:
- Oba gatunki rozłożyły w istotnym stopniu osiem spośród dziewięciu testowanych leków.
- Stopień usunięcia wahał się od około 50 procent do niemal całkowitego rozkładu w ciągu dwóch miesięcy.
- Boczniak ostrygowaty wypadł wyjątkowo dobrze — w przypadku kilku antydepresantów skuteczność usunięcia przekroczyła 90 procent.
Pomiary wykazały, że cząsteczki leków nie tylko przyczepiały się do grzybni, lecz ulegały rzeczywistym przemianom chemicznym. Badacze zidentyfikowali ponad czterdzieści produktów rozkładu — zazwyczaj mniejsze lub silniej utlenione cząsteczki, charakterystyczne dla reakcji enzymatycznych grzybów białej zgnilizny.
Wygląda na to, że grzyby naprawdę rozkładają cząsteczki leków, a nie jedynie przenoszą je z osadów w inne miejsce.
Czy nowe substancje są bezpieczniejsze?
Znana obawa związana z tego typu technikami dotyczy ryzyka, że pierwotny zanieczyszcznik zamienia się po prostu w inną, równie szkodliwą substancję. Badacze ocenili zatem toksyczność powstałych produktów rozkładu za pomocą cyfrowego modelu ryzyka opracowanego przez amerykańską agencję ochrony środowiska EPA.
Analiza wskazuje, że większość nowych związków jest mniej toksyczna niż pierwotne leki. Sugeruje to prawdziwe detoksykowanie osadów, a nie jedynie zamianę jednego problemu na drugi. Wyniki te wymagają jeszcze potwierdzenia w badaniach biologicznych — na przykład z udziałem rozwielitek lub larw ryb.
| Etap w łańcuchu | Gdzie trafiają pozostałości leków | Rola grzybów |
|---|---|---|
| Stosowanie leków | Mocz, kał, wyrzucone tabletki | Brak roli — źródła leżą po stronie człowieka i systemu opieki zdrowotnej |
| Oczyszczalnia ścieków | Częściowo rozpuszczone w wodzie, częściowo w osadach | Grzyby mogą zostać dodane do osadów jako dodatkowy etap oczyszczania |
| Biosolidy na polach | Pozostałości leków i produkty rozkładu w glebie | Cel: maksymalny rozkład substancji przed wywozem na pola |
Myco-augmentacja: grzyby jako dodatkowy etap oczyszczania
W literaturze naukowej to podejście zyskało własną nazwę: myco-augmentacja — czyli świadome wykorzystanie grzybów do zwalczania zanieczyszczeń. Gatunki białej zgnilizny doskonale nadają się do tego celu, bo naturalnie rosną na drewnie i innych stałych podłożach, co oznacza, że nie potrzebują kosztownych bioreaktorów.
Teoretycznie oczyszczalnia mogłaby przechowywać osady w oddzielnej hali lub pojemniku, pozwalając grzybom na kolonizację, zanim materiał trafi do gospodarstw rolnych. Nakłady energetyczne są niskie — grzyby wykorzystują materię organiczną zawartą w osadach jako źródło pożywienia. Największe wyzwania dotyczą logistyki, przestrzeni i czasu, ponieważ proces wymaga od kilku tygodni do kilku miesięcy.
Siła tej metody polega na połączeniu przetwarzania odpadów z oczyszczaniem: osady stają się wartościowym nawozem, a pozostałości leków w dużej mierze znikają.
Jakie są granice tej metody?
Obecne badania obejmowały stosunkowo niewielki zestaw leków i jeden rodzaj matrycy — biosolidy z amerykańskiej instalacji. Inne leki, hormony czy przemysłowe związki chemiczne mogą zachowywać się zupełnie inaczej. Skład i zawartość wilgoci w osadach różnią się ponadto w zależności od kraju i konkretnej oczyszczalni.
W warunkach praktycznych gatunki grzybów mogą wchodzić w konkurencję z bakteriami i innymi mikroorganizmami. Na otwartym polu osadowym nie rosną jedynie pożądane boczniaki, lecz również niezliczone inne gatunki. Skalowanie procesu wymaga zatem starannego projektowania — być może z zastosowaniem zamkniętych pojemników biologicznych lub kontrolowanych warunków klimatycznych.
Co to oznacza dla Polski i Europy?
Również w Europie pozostałości leków w wodzie i glebie stanowią rosnący problem. Starzenie się społeczeństwa i wzrost zużycia leków psychotropowych nasilają dopływ tych substancji do ścieków. Jednocześnie sektor rolniczy dąży do zamykania obiegów materii i wykorzystywania organicznych nawozów, co sprawia, że stosowanie osadów i podobnych strumieni odpadów staje się coraz bardziej atrakcyjne.
Technologia grzybowa może stać się interesującym uzupełnieniem istniejących rozwiązań — takich jak ozonowanie, węgiel aktywny czy zaostrzenie przepisów dotyczących odprowadzania leków. Grzyby nie wymagają drogich substancji chemicznych i mogą pracować w stosunkowo niskich temperaturach, co ogranicza ich wpływ na klimat.
- Grzyby to odnawialne „pracowniki oczyszczania", które same się namnażają.
- Działają jednocześnie na wiele różnych leków, zamiast eliminować jedną substancję jedną techniką.
- Rosną na stałych podłożach — takich jak osady, zrębki drewna czy słoma — co ułatwia integrację z istniejącymi procesami technologicznymi.
Co możesz zrobić sam w sprawie pozostałości leków?
Choć oczyszczanie grzybowe daje nadzieję, kluczowe jest ograniczenie problemu u jego źródła. Gospodarstwa domowe i placówki opieki zdrowotnej odgrywają tu bezpośrednią rolę. Niewykorzystane leki należy zwracać do apteki lub oddawać w specjalnych punktach zbiórki prowadzonych przez gminy — nie wyrzucać do toalety ani do odpadów zmieszanych. Mniej zmarnowanych leków oznacza mniejsze obciążenie dla wody.
Osoby prowadzące działalność rolniczą i pracujące z osadami lub innymi strumieniami odpadów powinny sprawdzić, jakie metody oczyszczania zostały zastosowane i jakie innowacyjne technologie są testowane w ich regionie. We współpracy z instytucjami wodnymi i ośrodkami naukowymi coraz częściej powstają pilotażowe projekty, w których grzyby, algi lub bakterie odgrywają rolę w redukcji mikrozanieczyszczeń.
Perspektywy: od laboratorium do oczyszczalni
Badanie przeprowadzone w Baltimore jest wciąż blisko etapu laboratoryjnego, jednak wyznacza konkretną ścieżkę ku praktycznemu zastosowaniu. Kolejne prace skupią się na skróceniu czasu obróbki, mieszankach różnych gatunków grzybów oraz kombinacjach z innymi technikami — na przykład krótkim etapem ozonowania poprzedzającym fazę wzrostu grzybni.
Potrzebna jest także pełna analiza cyklu życia procesu: ile energii pochłania jego prowadzenie, ile miejsca wymaga i jakie produkty uboczne pozostają po obróbce grzybowej. Dopiero gdy ten obraz będzie kompletny, zarządcy gospodarki wodnej i organy regulacyjne będą mogły zdecydować, czy grzyby trafią kiedyś oficjalnie do standardowej trasy przetwarzania ścieków — od osadów do bezpiecznego nawozu.
