Niewidoczny koktajl farmaceutyczny w osadach ze stacji uzdatniania wody
Dwa powszechnie znane gatunki grzybów mogą okazać się zaskakującym rozwiązaniem jednego z poważniejszych problemów środowiskowych naszych czasów. Badacze z Johns Hopkins University wykazali, że tzw. grzyby białej zgnilizny — w tym boczniaki i wrośniak różnobarwny (zwany po angielsku „turkey tail") — są w stanie rozłożyć znaczną część pozostałości leków zanim osad trafi na pola uprawne. To odkrycie może istotnie ograniczyć ryzyko dla ludzi i całego ekosystemu.
Skąd leki biorą się w ściekach?
Antydepresanty, tabletki nasenne i inne substancje psychoaktywne opuszczają organizm człowieka wraz z moczem i kałem. Część pochodzi z nieużywanych leków wyrzucanych do toalety. Oczyszczalnie ścieków skutecznie usuwają patogeny i metale ciężkie, jednak wiele związków farmaceutycznych zachowuje swoją strukturę chemiczną i nie ulega rozkładowi.
Pozostający po procesie oczyszczania osad — zwany biosolidami — jest bogaty w składniki odżywcze i w Stanach Zjednoczonych chętnie stosowany jako nawóz i środek poprawiający jakość gleby. Razem z nim na pola trafia mieszanina pozostałości leków. Niektóre badania sugerują, że rośliny mogą wchłaniać te substancje, choć wciąż nie jest jasne, w jakim stopniu ostatecznie lądują one na naszym talerzu.
Nawet bardzo niskie stężenia substancji psychoaktywnych mogą wpływać na układ nerwowy, a w środowisku naturalnym często rozkładają się niezwykle powoli.
W przypadku ekosystemów wodnych ryzyko jest już dobrze udokumentowane. Badania na zwierzętach pokazują, że antydepresanty zaburzają zachowanie i rozmnażanie ryb oraz innych organizmów wodnych. Kluczowe pytanie brzmi: jak zapobiec przedostawaniu się tych substancji z biosolidów do środowiska?
Grzyby białej zgnilizny — drewnożercy z chemiczną supermocą
Zespół badawczy skupił się na grzybach białej zgnilizny, słynących ze zdolności do rozkładu ligniny — twardej substancji nadającej drewnu wytrzymałość, z którą większość organizmów nie potrafi sobie poradzić. Grzyby te wykorzystują do tego celu potężne enzymy o szerokim spektrum działania, zdolne do rozkładu wielu złożonych cząsteczek chemicznych.
To właśnie ta właściwość czyni je interesującymi w kontekście pozostałości leków. Związki farmaceutyczne silnie wiążą się z materią organiczną zawartą w osadach, co sprawia, że są trudno dostępne dla konwencjonalnych metod oczyszczania. Enzymy grzybów białej zgnilizny przenikają jednak przez tę organiczną sieć i skutecznie atakują również obce, syntetyczne substancje.
- Pleurotus ostreatus — popularny boczniak, dostępny również w supermarketach
- Trametes versicolor — wrośniak różnobarwny, kolorowy grzyb rosnący na martwych pniach drzew, w nauce znany jako „turkey tail"
Obydwa gatunki są od dłuższego czasu przedmiotem badań z zakresu tzw. mykoremediacji — wykorzystywania grzybów do oczyszczania skażonych gleb i wód.
Jak przebiegało badanie z osadami i pozostałościami leków?
Naukowcy zebrali biosolidy z miejskiej oczyszczalni ścieków i dodali do nich dziewięć powszechnie stosowanych leków psychoaktywnych, w tym antydepresanty takie jak citalopram i trazodon. Następnie przez okres do sześćdziesięciu dni hodowali grzyby bezpośrednio na tym osadzie.
Równolegle prowadzono drugą serię eksperymentów w płynnych pożywkach bez osadu. Pozwoliło to ocenić, czy grzyby zachowują się inaczej w „prawdziwym" środowisku niż w sterylnych warunkach laboratoryjnych. Przy użyciu zaawansowanej spektrometrii masowej mierzono tempo i stopień spadku stężeń leków oraz identyfikowano powstające produkty rozkładu.
Wyniki: niemal całkowite usunięcie substancji
Obydwa gatunki grzybów okazały się wyjątkowo skuteczne:
- Oba gatunki znacząco rozłożyły osiem z dziewięciu badanych leków.
- Stopień usunięcia wahał się od około 50 procent do niemal całkowitego rozkładu w ciągu dwóch miesięcy.
- Boczniak wypadł szczególnie imponująco — w przypadku kilku antydepresantów osiągnął ponad 90-procentową skuteczność usuwania.
Pomiary wykazały, że leki nie tylko przyczepiły się do grzybni, lecz uległy przemianom chemicznym. Naukowcy zidentyfikowali ponad czterdzieści produktów rozkładu — zazwyczaj mniejsze lub silniej utlenione cząsteczki, typowe dla reakcji enzymatycznych grzybów białej zgnilizny.
Grzyby zdają się naprawdę rozkładać cząsteczki leków, a nie jedynie przenosić je z osadu w inne miejsce.
Czy nowo powstałe substancje są bezpieczniejsze?
Przy tego rodzaju technikach zawsze pojawia się uzasadnione pytanie: czy nie dochodzi jedynie do zamiany jednego zanieczyszczenia na inne, równie szkodliwe? Aby to sprawdzić, badacze ocenili toksyczność produktów rozkładu za pomocą cyfrowego modelu ryzyka opracowanego przez amerykańską agencję ochrony środowiska EPA.
Analiza wskazuje, że większość nowo powstałych związków jest mniej toksyczna niż wyjściowe substancje farmaceutyczne. Sugeruje to prawdziwe detoksykowanie, a nie jedynie wymianę jednego problemu na drugi. Potwierdzenie tych wyników wymaga jednak dalszych badań biologicznych, na przykład z wykorzystaniem wioślarek 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 ochrony zdrowia |
| Oczyszczalnia ścieków | Częściowo rozpuszczone w wodzie, częściowo w osadzie | Grzyby mogą zostać dodane do osadu jako dodatkowy etap oczyszczania |
| Biosolidy na polach | Pozostałości leków i produkty rozkładu w glebie | Cel: maksymalny rozkład substancji przed wywozem na pola |
Myko-augmentacja: grzyby jako dodatkowy etap oczyszczania
W literaturze naukowej to podejście funkcjonuje pod nazwą myko-augmentacji — świadomego wykorzystywania grzybów do zwalczania zanieczyszczeń. Grzyby białej zgnilizny nadają się do tego znakomicie, ponieważ naturalnie rosną na drewnie i innych materiałach stałych, co oznacza, że nie wymagają kosztownych bioreaktorów.
Teoretycznie oczyszczalnia ścieków mogłaby przeznaczać osad do osobnej hali lub kontenera, gdzie grzyby miałyby czas na jego przerośnięcie, zanim materiał trafi do rolników. Nakłady energetyczne są niskie — grzyb jako paliwo wykorzystuje materię organiczną zawartą w osadzie. Główne wyzwania dotyczą logistyki, przestrzeni i czasu, gdyż cały proces trwa od kilku tygodni do kilku miesięcy.
Siła tej metody tkwi w połączeniu przetwarzania odpadów z oczyszczaniem: osad staje się wartościowym nawozem, a pozostałości leków w dużej mierze znikają.
Jakie są ograniczenia tej metody?
Dotychczasowe badanie obejmowało stosunkowo niewielką grupę leków i jeden rodzaj materiału — biosolidy z amerykańskiej instalacji. Inne substancje farmaceutyczne, hormony czy chemikalia przemysłowe mogą zachowywać się zupełnie inaczej. Skład i wilgotność osadu różnią się ponadto między krajami i poszczególnymi oczyszczalniami.
Grzyby w warunkach rzeczywistych muszą też konkurować z bakteriami i innymi mikroorganizmami. Na otwartym polu osadowym nie wyrosną wyłącznie pożądane boczniaki — pojawi się tam mnóstwo innych gatunków. Skalowanie wymaga zatem starannego projektowania, prawdopodobnie z zastosowaniem zamkniętych pojemników lub kontrolowanych warunków klimatycznych.
Co to oznacza dla Polski i Europy?
W Europie pozostałości leków w wodzie i glebie stanowią coraz poważniejszy problem. Starzenie się społeczeństwa oraz rosnące zużycie leków psychotropowych zwiększają ich dopływ do ścieków. Jednocześnie sektor rolniczy dąży do zamknięcia obiegów materii i większego wykorzystania nawozów organicznych, co czyni osady ściekowe atrakcyjnym surowcem.
Technologia grzybowa może stać się cennym uzupełnieniem istniejących rozwiązań, takich jak ozonowanie, węgiel aktywny czy zaostrzenie przepisów dotyczących zrzutu farmaceutyków. Grzyby nie wymagają drogich chemikaliów i mogą funkcjonować w stosunkowo niskich temperaturach, co ogranicza ich ślad węglowy.
- Grzyby to odnawialni „pracownicy oczyszczalni", którzy namnażają się samodzielnie.
- Jednocześnie atakują wiele różnych leków, zamiast skupiać się na jednej substancji.
- Rosną na stałych podłożach — osadzie, zrębkach drewna czy słomie — co ułatwia integrację z istniejącymi procesami.
Co możesz zrobić samodzielnie w kwestii pozostałości leków?
Choć oczyszczanie za pomocą grzybów daje nadzieję, kluczowe jest działanie u źródła. Gospodarstwa domowe i placówki ochrony zdrowia odgrywają tu bezpośrednią rolę. Niewykorzystane leki należy zwracać do apteki lub do specjalnych punktów zbiórki prowadzonych przez gminy — absolutnie nie wolno wyrzucać ich do toalety ani do zwykłych odpadów. Im mniej leków się marnuje, tym mniejsze obciążenie dla wody.
Osoby działające w rolnictwie i pracujące z osadami lub innymi strumieniami odpadowymi powinny pytać o zastosowane metody oczyszczania i sprawdzać, jakie innowacyjne techniki są testowane w ich regionie. We współpracy ze związkami wodnymi i instytutami badawczymi coraz częściej uruchamiane są pilotażowe programy, w których grzyby, algi lub bakterie odgrywają aktywną rolę w ograniczaniu mikrozanieczyszczeń.
Perspektywy: od laboratoryjnego pojemnika do oczyszczalni ścieków
Badanie przeprowadzone w Baltimore jest jeszcze blisko etapu laboratoryjnego, ale 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 ozonowaniem poprzedzającym fazę wzrostu grzybni.
Potrzebna jest również głębsza analiza pełnego cyklu życia procesu: ile energii pochłania jego działanie, jakiej przestrzeni wymaga i jakie produkty uboczne pozostają po zakończeniu obróbki grzybowej. Dopiero kompletny obraz sytuacji pozwoli zarządcom wód i organom rządowym zadecydować, czy grzyby dostaną oficjalnie miejsce w standardowej ścieżce przetwarzania ścieków — od surowych osadów do bezpiecznego nawozu.
