Svampe der kan rense spildevandsslam for medicin
Forskere fra Johns Hopkins University har opdaget, at almindelige træødelæggende svampe er i stand til at nedbryde rester af psykotrope lægemidler i spildevandsslam. Hvis metoden kan skaleres op, kan landmænd få adgang til sikrere gødning – og medicin vil i langt mindre grad sprede sig ud i naturen.
Lægemidler i spildevandet: et skjult problem fra vores badeværelser
Antidepressiva, angstdæmpende midler og andre hjernepåvirkende stoffer er præcist designet til at ændre menneskets nervesystem. De optages i kroppen, udfører deres funktion, og resterne udskilles gennem urin og afføring. Hertil kommer udløbne tabletter, der skylles ud i toilettet frem for at blive afleveret på apoteket.
Alt dette ender i renseanlæggene. Her renses spildevandet, og den tykke del omdannes til såkaldte biosolider – stabiliseret slam rigt på kvælstof, fosfor og organisk materiale. I mange lande, herunder USA, anvendes dette slam som gødning og jordforbedringsmiddel på markerne.
Biosolider er værdifuld gødning, men de kan indeholde sporkoncentrationer af lægemidler, herunder antidepressiva og andre psykoaktive stoffer. Standardrensningsmetoder håndterer sygdomsfremkaldende bakterier og tungmetaller ganske effektivt. Det er en helt anden sag med komplekse organiske forbindelser som moderne farmaceutika. En del af disse nedbrydes næsten slet ikke og passerer hele processen, for til sidst at ende på markerne sammen med gødningen.
Hvorfor selv minimale lægemiddelkoncentrationer bekymrer forskerne
Forskerne understreger, at der stadig mangler entydige data for, om farmaceutika fra biosolider faktisk overføres til planter i mængder, der kan skade forbrugerne. Der foreligger ingen konkrete beviser for en direkte trussel mod menneskers sundhed.
Alligevel vokser bekymringen. Hjernepåvirkende lægemidler er udviklet til at ændre kroppens kemi allerede ved meget små doser. Hvis sådanne stoffer systematisk begyndte at dukke op i drikkevand eller fødevarer, kunne effekten være svær at forudsige – særligt fordi vi taler om en blanding af mange forskellige præparater.
Dertil kommer risikoen for vandlevende organismer. Studier fra hele verden har tidligere vist, at sporkoncentrationer af visse lægemidler påvirker fisk, hvirvelløse dyr og mikroorganismer i jordbunden. Forskere fra University of Michigan fandt eksempelvis, at sertralin ændrer de reproduktive evner hos vandlevende krebsdyr.
Hvide rådesvampe – naturens egne kemiske opløsningsmidler
Holdet fra Johns Hopkins satsede på organismer, der i millioner af år har specialiseret sig i at nedbryde nogle af naturens hårdeste strukturer: træ. Det drejer sig om såkaldte hvide rådesvampe. I naturen borer de sig ind i træstammer og nedbryder lignin – den stive polymer, der giver træ dets hårdhed.
Hemmeligheden ligger i enzymerne. Disse svampe udskiller særdeles kraftige, men bredt virkende biokatalysatorer til deres omgivelser. De er ikke skræddersyet til én bestemt kemisk forbindelse. I stedet kan de angribe hele grupper af svært nedbrydelige molekyler. Det gør dem fremragende til træ, men betyder også, at de kan gå i gang med farmaceutika, der har bundet sig til det organiske materiale i biosoliterne.
Forskere fra Stanford University har tidligere påvist, at enzymerne ligninperoxidase og manganperoxidase kan spalte strukturer svarende til visse forurenende stoffer. Det netop dette mekanisme, som forskerholdet ledet af dr. Suzanne Osborne analyserede i detaljer.
Østershat og flerfarvet kødporesvamp – kendte arter i en ny rolle
I studiet anvendte man to meget udbredte svampearter. Pleurotus ostreatus er den velkendte østershat, som du nemt finder i butikkerne. Trametes versicolor er den farverige svamp, der gror på træstammer og kaldes flerfarvet kødporesvamp.
Begge arter trives let på faste substrater, er grundigt dokumenterede og let tilgængelige. Det er afgørende for den praktiske anvendelse – der er ikke tale om eksotiske kuriositeter, men om organismer der realistisk kan indføres på anlæg, der behandler spildevandsslam. Penn State Universitys center for svampeforskning har i en årrække studeret netop disse arter med henblik på bioremediering.
Sådan forløb eksperimentet med biosolider
Forskerne indsamlede biosolider fra et kommunalt renseanlæg og tilsatte derefter ni forskellige psykotrope lægemidler, herunder udbredte antidepressiva som citalopram og trazodon. Dette simulerede det typiske forureningsprofil, man realistisk set finder i slam.
På dette forberedte substrat inokulerede de mycelium fra østershat og kødporesvamp. Svampene fik op til tres dage til at kolonisere biosoliterne og aktivere deres enzymer. Efter to måneder havde begge arter fjernet størstedelen af de undersøgte lægemidler, og i flere tilfælde var de næsten fuldstændigt nedbrudt.
Til sammenligning gennemførte man også forsøg i flydende laboratorienæringsmedier uden biosolider. Det gav mulighed for at vurdere, hvordan svampene opfører sig under ideelle forhold sammenlignet med det "beskidte", virkelighedsnære materiale fra renseanlægget.
Præcis hvad lykkedes det at nedbryde
Resultaterne viste sig overraskende gode for en så enkel metode. Hver svampart fjernede otte ud af ni farmaceutika. Effektiviteten spændte fra cirka halvtreds procent til næsten hundrede procent efter tres dages kontakt med biosoliterne.
Østershaten skilte sig særligt ud og fjernede over halvfems procent af udgangsmængden af aktivt stof for flere antidepressiva. Dr. Timothy Bowden fra forskerholdet karakteriserede resultaterne som ekstremt lovende.
At et lægemiddel forsvinder fra en opløsning er dog ikke i sig selv tilstrækkeligt til at kalde det en succes. Det sker, at en kemisk forbindelse binder sig til slam men stadig forbliver aktiv og kan frigives igen, når betingelserne ændrer sig.
Ikke blot absorption – reel afgiftning
Derfor anvendte studiet højopløselig massespektrometri til at følge, hvad der sker med lægemiddelmolekylerne. Analysen viste, at svampene ikke blot "gemte" farmaceutika, men aktivt omdannede dem. Man identificerede over fyrre nye nedbrydningsprodukter, som opstod under enzymernes virkning.
Mange af disse reaktioner fulgte et karakteristisk mønster: store molekyler blev splittet i mindre dele, iltmolekyler blev tilføjet, og aromatiske ringe blev ændret. Dette er typisk for hvide rådesvampes enzymer, der opfører sig lidt som aggressive, men naturlige rengøringsmidler.
Toksikologiske modeller antyder, at de fleste nedbrydningsprodukter er mindre giftige end de oprindelige lægemidler, hvilket indebærer en reel reduktion af farligheden. Til vurdering af disse produkters potentielle skadelighed anvendte man det amerikanske miljøagenturs cheminformatics-risikovurderingsmodul. Forudsigelserne viste, at de nye forbindelser generelt udviser lavere toksicitet end de oprindelige farmaceutika.
Hvorfor test i reale biosolider er så afgørende
Meget af den tidligere forskning i bioremediering af lægemidler tog udgangspunkt i sterile, rene opløsninger. Under sådanne betingelser er det let at opnå imponerende resultater, men metoden viser sig efterfølgende at fejle i praksis. Biosolider er tykke, fulde af andre organiske forbindelser og mineraler, og derudover lever der en mangfoldig mikrobiota i dem, som konkurrerer om plads og næringsstoffer.
I dette studie udsatte man bevidst svampene for den virkelige "blanding" fra renseanlægget. Det viste sig, at visse forbindelser faktisk nedbrydes hurtigere i et sådant miljø end i enkle flydende næringsmedier. Det er et vigtigt signal om, at processen fremover kan kobles til eksisterende slambehandlingsanlæg.
Forskere fra Massachusetts Institute of Technology afprøver allerede lignende tilgange med andre svampearter på forurenet jord. Professor Michael Liebhold har antydet muligheden for kommerciel udnyttelse inden for fem år.
Mycoaugmentering – svampe som et nyt rensningstrin
Forskerne taler her om såkaldt mycoaugmentering, det vil sige målrettet brug af svampe til at forbedre kvaliteten af forurenede materialer. I praksis kunne det betyde et ekstra trin, hvor biosoliterne gennemvokses af mycelium, inden de sendes ud på markerne.
Hvide rådesvampe trives godt på faste substrater og kræver hverken avanceret udstyr eller stort energiforbrug. I mange anlæg ville de kunne indføres som en relativt billig proces – man skal blot styre fugtighed, temperatur og opholdstid i særligt indrettede kamre.
- Lave omkostninger sammenlignet med avanceret kemi eller membraner
- Anvendelse af organismer der naturligt findes i økosystemerne
- Mulighed for at reducere hele grupper af forbindelser, ikke kun enkeltlægemidler
- Enklere integration i allerede eksisterende slambehandlingslinjer
- Minimal produktion af affaldsrestprodukter
- Mulighed for kombination med aerob fordøjelse
Hvad det kan betyde for landbrug og byer
For landmænd er biosolider en attraktiv gødningsform – de indeholder værdifulde næringsstoffer, hjælper med at forbedre jordens struktur og øger vandretentionen. Men stadig flere stiller spørgsmålet: bringer vi med de positive effekter også en cocktail af stoffer ud på markerne, der oprindeligt var beregnet til at helbrede mennesker, ikke til at vande gulerødder eller hvede?
Hvis svampenes "kemiske vaskeri" bliver standard på renseanlæg, kunne slam nå markerne med en langt lavere last af farmaceutika. Det giver mulighed for at bevare fordelene ved biosolider, mens kontroverserne omkring deres sikkerhed dæmpes. Oregons miljøministerium overvejer allerede et pilotprogram.
For byerne ville det betyde endnu et redskab til at håndtere den voksende mængde lægemidler i spildevandstrømmen. Befolkninger ældes, medicinforbruget stiger, og kloaksystemerne er slet ikke gearet til det. Svampenes anvendelse kan blive ét element i en bredere strategi – kombineret med borgerinformation om aflevering af udløben medicin på apoteket og udvikling af nye vandrensningsteknologier.
Hvad der stadig mangler at undersøge – og hvad man skal være opmærksom på
Inden østershatte og kødporesvampe bliver en fast del af den kommunale infrastruktur, skal ingeniørerne verificere flere ting. For det første, hvordan processen opfører sig i industriel skala: i store siloer og ved varierende slamsammensætning. For det andet, om nedbrydningsprodukterne faktisk forbliver mindre toksiske ved fuldt omfang af doser og blandinger – og ikke kun i computermodeller.
Det er også værd at huske, at farmaceutika blot er én gruppe af forurenende stoffer. I biosolider finder man også pesticider, rengøringsmidler og plastadditiver. Nogle af disse kan ligeledes nedbrydes af hvide rådesvampes enzymer, mens andre vil kræve helt andre fjernelsesmetoder.
For den almindelige kranvandsbruger er der én praktisk pointe at tage med hjem: skyld ikke tabletter i toilettet og hæld ikke sirup i vasken. Selv de mest ihærdige svampe kan ikke håndtere en ukontrolleret strøm af kemi fra vores badeværelser. Rensningssystemet fungerer mest effektivt, når fornuftig adfærd derhjemme kombineres med intelligent brug af biologiske og teknologiske værktøjer. Ikke engang det mest moderne renseanlæg hjælper, hvis vi i stor stil skyller medicin ud i kloakken.
