Medicinrester havner på landbrugsmarker – og det er et voksende problem
Rester af antidepressiva og andre lægemidler slipper gennem renseanlæg og ender på dyrkede marker. Forskere fra Johns Hopkins University har undersøgt, om almindelige træforratnende svampe kan nedbryde farmaceutiske stoffer i renseslam, inden dette slam anvendes som gødning.
Antidepressiva og andre psykotrope stoffer er udviklet til at virke i den menneskelige hjerne – ikke i landbrugsjord. Når vi sluger en tablet, udskilles de aktive stoffer delvist fra kroppen og ender i kloaksystemet. Det sker også, når folk skyller forældede piller ud i toilettet. Renseanlæg er gode til at fjerne bakterier og tungmetaller, men komplekse kemiske forbindelser fra medicin passerer processen stort set uændret.
Det behandlede spildevand giver anledning til såkaldte biosolider – slamtyper rige på kvælstof, fosfor og organisk materiale, der bruges flittigt som jordforbedring og gødning. Men med dem følger en cocktail af farmaceutiske stoffer ud på markerne. Visse studier tyder på, at planter kan optage fragmenter af disse forbindelser. Forskerne har endnu ikke entydigt bevist, at de vender tilbage til vores tallerkener via fødevarekæden – men risikoen for mennesker og økosystemer vokser støt.
Selv meget små mængder psykotrope stoffer kan påvirke levende organismer
Selv mikroskopiske mængder psykotrope lægemidler kan ændre adfærden hos organismer, og eksperter betragter dem derfor som en forureningskategori, der kræver særlig opmærksomhed. Forskerne ved Johns Hopkins University satte sig for at finde en løsning, der kunne neutralisere farmaceutika, inden biosoliclerne forlader renseanlægget.
Derfor slår klassiske renseanlæg fejl over for moderne lægemidler
Traditionel spildevandsrensningsteknologi blev udviklet med fokus på sygdomsfremkaldende mikroorganismer og enkle kemiske forbindelser. Biologiske og kemiske systemer er fremragende til at reducere patogener og metaller, men psykotrope farmaceutika er en helt anden kategori. Det drejer sig om komplekse molekyler, der er designet til at holde sig stabile i organismen og modstå nedbrydning.
Resultatet er, at renseanlægget vinder over bakterier, men taber til moderne medicin. Farmaceutiske forbindelser binder sig til det organiske materiale i slammet og overlever ubeskadiget hele processen. Når dette slam spredes på marker, kan stofferne på sigt påvirke jord- og vandlevende organismer og ophobes i fødekæden.
Forskerne begyndte derfor at lede efter organismer, der er i stand til at nedbryde særdeles resistente substanser. Naturen viste sig at have en elegant løsning klar i form af en bestemt gruppe svampe.
Hvidrådesvampe fungerer som naturlige bioreaktorer
Forskerholdet satsede på en gruppe organismer, der i millioner af år har løst en lignende opgave: nedbrydning af ekstremt modstandsdygtige stoffer. Det drejer sig om såkaldte hvidrådesvampe, der er kendt for at kunne nedbryde lignin – træets hårde skelet. I stedet for indre enzymer, som mange bakterier benytter, udskiller disse svampe kraftige, uspecifikke enzymer til omgivelserne, der angriber en bred vifte af komplekse molekyler.
Fleksibiliteten i hvidrådesvampenes enzymer betyder, at de er særdeles effektive over for farmaceutika, der er stærkt bundet til organisk materiale i slammet. Til forsøget valgte forskerne to arter, som mange mennesker kender fra køkkenet eller skovturen: østershat (Pleurotus ostreatus) og flerfarvet korkhat (Trametes versicolor), der også kaldes kalkunhale på grund af frugtlegemernes udseende.
Begge arter er bredt tilgængelige, velundersøgte og kan vokse på mange forskellige substrattyper – en egenskab med stor praktisk betydning for renseanlæg. Forskerne betragter dem som ideelle kandidater til reel implementering.
Sådan foregik eksperimentet med svamperensning
Forskerholdet tog biosolider fra et kommunalt renseanlæg og berigede dem bevidst med en blanding af ni aktive stoffer fra psykotrope lægemidler, herunder populære antidepressiva som citalopram og trazodon. Herefter blev slammet inokuleret med mycelium fra østershat og korkhat og fik lov til at vokse i op til 60 dage.
Sideløbende forberedte de et kontrolforsøg, hvor de samme forbindelser blev opløst i en laboratorievæske uden slam. Det gjorde det muligt at sammenligne lægemidlernes opførsel under rene betingelser med deres adfærd i det komplekse materiale fra et rigtigt renseanlæg. Gennem hele forsøgsperioden benyttede de højopløselig massespektrometri til at måle koncentrationerne af de enkelte lægemidler og identificere de molekyler, der opstod ved nedbrydningen.
Dermed kunne de ikke blot vurdere, om noget forsvandt, men også hvad det blev omdannet til. Resultaterne overgik forventningerne hos både forskerne og renseanlæggenes driftsansvarlige.
Op til 100 procents effektivitet for visse farmaceutika
Begge svampearter klarede sig overraskende godt. Hver af dem nedbrød otte ud af ni testede stoffer, ofte med meget høj effektivitet:
- I mange prøver sås en koncentrationsreduktion på omkring 50 procent efter to måneder
- I en del tilfælde rensede svampene slammet næsten fuldstændigt for det pågældende lægemiddel
- Østershat viste sig særligt effektiv til nedbrydning af flere antidepressiva med en effektivitet på over 90 procent
- Visse stoffer blev nedbrudt hurtigere i det rigtige slam end i den idealt tilberedte laboratorieopløsning
- Det komplekse kemiske og mikrobiologiske miljø i virkeligheden kan direkte understøtte svampenes enzymer
- Nedbrydningsprodukterne udviste lavere toksicitet end de oprindelige farmaceutiske forbindelser
- Spektrometrisk analyse identificerede over 40 nye forbindelser dannet under processen
- Den amerikanske miljøstyrelse EPA bekræftede via modellering, at størstedelen af nedbrydningsprodukterne er mindre farlige
Hvad angår sikkerheden, viede forskerne stor opmærksomhed til analysen af nedbrydningsprodukterne. De identificerede over 40 forbindelser, der opstår, når svampene splitter lægemiddelmolekyler op – typisk ved at dele dem i mindre fragmenter eller tilføje oxygenatomer. Til vurdering af disse stoffers egenskaber anvendte de et EPA-værktøj, der på baggrund af kemisk struktur forudsiger potentiel toksicitet.
Mycoaugmentering som ny tilgang til spildevandsrensning
Forskerne taler om mycoaugmentering – en målrettet styrkelse af renseprocesserne ved hjælp af svampe. Fra et praktisk synspunkt er idéen attraktiv, fordi hvidrådesvampe kræver et relativt simpelt substrat, tåler varierende temperaturer og fugtighedsgrader og producerer enzymer, der er effektive mod et bredt spektrum af forbindelser. Derudover kræver de hverken dyre kemikalier eller avanceret teknologisk udstyr.
Sådanne svampemoduler kunne i fremtiden integreres i eksisterende behandlingslinjer for biosolider. Det kunne f.eks. ske via ekstra modningstrin, hvor slammet lagres i tunneler, bunker eller containere og giver myceliet tid til at arbejde, inden gødningen når ud på marken. For landmænd ville det betyde mulighed for at udnytte slammets næringsstofindhold med reduceret risiko for indføring af psykotrope stoffer i jordbunden.
For den almindelige borger ville det betyde en mindre chance for, at mikroskopiske mængder antidepressiva og andre farmaceutika cirkulerer mellem kloak, jord, vand og fødevarer. For vand- og jordlevende organismer ville det mindske påvirkningen fra stoffer, der griber ind i nervesystemerne. Forskerne fra Johns Hopkins University mener, at denne tilgang markant kan forandre den måde, vi håndterer renseslam på.
Hvor langt er vi fra reel implementering af teknologien?
Studiet fra Johns Hopkins University dokumenterer et stort potentiale, men vi befinder os stadig i en præimplementerende forskningsfase. Inden renseanlæg for alvor begynder at dyrke østershatte i deres slam, er der flere praktiske spørgsmål, der skal besvares: hvor stabil er effekten under skiftende forhold, hvad er omkostningerne i stor skala, og om processen nemt kan integreres i eksisterende anlæg og lovgivningsmæssige rammer.
Konceptet passer samtidig ind i en bredere tendens, hvor man søger biologiske allierede i kampen mod vanskelige forureninger. Mikroorganismer har i mange år været brugt til at nedbryde olie, pesticider og farvestoffer. Nu begynder en lignende tilgang at rette sig mod avancerede lægemidler, som vores samfund bruger i stadig stigende mængder. Ingen enkelt løsning vil dog fuldstændigt eliminere problemet med farmaceutika i miljøet.
Selv de mest effektive svampe erstatter ikke fornuftig håndtering af medicin – det vil sige at undlade at skylle tabletter ud i toilettet, begrænse overudskrivning og udvikle præparater, der lettere kan bionedbrydnes. Svampebaseret rensning kan imidlertid udgøre et vigtigt element i et større puslespil, hvor teknologi, medicin og økologi omsider begynder at trække i samme retning. Måske lærer vi snart at udnytte svampenes naturlige evner til også at beskytte vores drikkevand og fødevarer.
