Skrytý problém: léky, které se vracejí na náš talíř
Zbytky antidepresiv a dalších léků končí z čistíren odpadních vod na zemědělských polích. Vědci přicházejí s řešením, které by většinu z nás ani nenapadlo.
Výzkumníci z Johns Hopkins University zkoumali, zda běžné dřevní houby dokážou „sníst" farmaceutické látky ukryté v čistírenských kalech – dříve než se tyto kaly použijí jako hnojivo. Výsledky zní skoro jako sci-fi, ale opírají se o tvrdá laboratorní data.
Antidepresiva a psychoaktivní látky jsou navrženy tak, aby působily v lidském mozku – rozhodně ne v půdě. Po spolknutí tablety se účinné látky vylučují z těla a část z nich se dostává do kanalizace. Stává se to i tehdy, když někdo splachuje do záchodu prošlé léky. Čistírny odpadních vod si poradí s bakteriemi a těžkými kovy, avšak složité chemické sloučeniny z léčiv tímto procesem procházejí prakticky bez úhony.
Z těchto odpadních vod vznikají tzv. biosolidy – kaly bohaté na dusík, fosfor a organickou hmotu, hojně využívané jako půdní hnojivo. Spolu s nimi se ale na pole dostává celý koktejl farmaceutických látek. Některé výzkumy naznačují, že rostliny mohou části těchto sloučenin vstřebávat. Jednoznačný důkaz, že se pak vracejí s potravou na náš talíř, zatím chybí – ale riziko pro lidi i ekosystémy neustále roste.
I velmi malá množství psychotropních látek mohou ovlivňovat chování živých organismů, a proto jsou považována za znečišťující látky vyžadující zvláštní pozornost.
Proč si klasické čistírny s léky neporadí
Tradiční technologie čištění odpadních vod vznikaly s ohledem na choroboplodné mikroorganismy a jednodušší chemické sloučeniny. Biologické a chemické systémy zvládají patogeny a kovy skvěle, jenže psychotropní farmaceutika jsou úplně jiná kategorie. Jsou to složité molekuly záměrně navržené tak, aby v organismu vydržely co nejdéle a snadno se nerozkládaly.
Výsledek? Čistírna nad bakteriemi vítězí, ale s moderními léky prohrává. Farmaceutické sloučeniny se přichytí na organickou hmotu v kalu a celý proces v klidu přečkají. Jakmile takový kal skončí na poli, mohou tyto látky v dlouhodobém horizontu ovlivňovat půdní a vodní organismy a postupně se hromadit v potravním řetězci.
Houby bílé hniloby: přírodní bioreaktory
Výzkumný tým vsadil na skupinu organismů, která podobný problém řeší již miliony let – rozklad velmi odolných látek. Řeč je o houbách bílé hniloby, proslulých schopností rozkládat lignin, tedy tvrdou „kostru" dřeva. Na rozdíl od mnoha bakterií tyto houby nevyužívají vnitřní enzymy, ale vylučují do okolí silné, nespecifické enzymy, které útočí na celou škálu složitých molekul.
Právě flexibilita enzymů hub bílé hniloby je předurčuje k tomu, aby si poradily s farmaceutiky pevně vázanými na organickou hmotu v kalech.
Pro výzkum byly vybrány dva druhy, které většina z nás zná z kuchyně nebo z fotografií lesa:
- Pleurotus ostreatus – hlíva ústřičná, oblíbená jedlá houba;
- Trametes versicolor – outkovka pestrá, přezdívaná „krocaní ocasy" podle tvaru plodnic.
Oba druhy jsou běžně dostupné, dobře prozkoumané a schopné růst na nejrůznějších substrátech. Z pohledu čistíren odpadních vod je to zásadní výhoda.
Jak probíhal experiment s „houbovou čistírnou"
Vědci vzali biosolidy z městské čistírny a záměrně je „okořenili" směsí devíti účinných látek používaných v psychotropních lécích – včetně oblíbených antidepresiv jako citalopram nebo trazodon. Poté kaly naočkovali podhoubím hlívy a outkovky a nechali je růst po dobu až 60 dní.
Souběžně připravili kontrolní experiment: tytéž sloučeniny rozpustili v laboratorní kapalině bez účasti kalů. To umožnilo porovnat, jak se léky chovají v „čistých" podmínkách oproti skutečnému komplexnímu materiálu z čistírny.
Po celou dobu výzkumu vědci využívali vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrii, aby měřili koncentrace jednotlivých léků a identifikovali molekuly vznikající při jejich rozkladu. Díky tomu mohli hodnotit nejen to, zda něco mizí, ale také – v co se to přeměňuje.
Výsledek: až 100% odstranění některých léků
Oba druhy hub si vedly překvapivě dobře. Každý z nich rozložil osm z devíti zkoumaných látek, často ve velmi vysoké míře:
- u mnoha vzorků byla zaznamenána redukce koncentrací přibližně o 50 % po dvou měsících,
- v některých případech houby kaly z daného léku téměř úplně vyčistily,
- hlíva ústřičná se ukázala jako zvláště účinná při rozkládání několika antidepresiv – odstraňovala jejich více než 90 %.
Zajímavé je, že některé látky se rozkládaly lépe právě v „nečistém" kalu než v dokonale připravené laboratorní kapalině. To naznačuje, že skutečné prostředí se vší svou chaotickou chemií a mikrobiologií může houbovým enzymům paradoxně pomáhat.
Vznikají při tom nové, ještě nebezpečnější toxiny?
Nejčastější námitka vůči metodám čištění zní: „místo jednoho znečišťovatele vytváříme jiného, možná ještě horšího." Proto byl v tomto projektu kladen velký důraz na analýzu produktů rozkladu. Vědci identifikovali přes 40 sloučenin vznikajících v momentě, kdy houby „rozkousávají" molekuly léků – často jejich rozříznutím na menší části nebo navázáním atomů kyslíku.
K hodnocení vlastností těchto produktů vědci využili nástroj americké agentury EPA, který na základě chemické struktury předpovídá potenciální toxicitu. Naprostá většina produktů rozkladu dopadla v těchto analýzách příznivěji než výchozí sloučeniny. To je silný argument pro to, že houbové „čištění" skutečně snižuje nebezpečí – a nepřesouvá ho pouze z jedné formy do druhé.
Toxikologické analýzy naznačují, že podhoubí farmaceutika neskrývá ve své hmotě, ale reálně je neutralizuje – přeměňuje je v méně nebezpečné částice.
Mykoaugmentace – nový pojem ve slovníku čistíren
Vědci hovoří o tzv. mykoaugmentaci – tedy záměrném posilování čisticích procesů pomocí hub. Z praktického hlediska je tento přístup lákavý, protože houby bílé hniloby nabízejí řadu výhod:
| Přednost | Význam pro čistírny |
|---|---|
| Rostou na tuhých materiálech | Lze je naočkovat přímo do čistírenských kalů |
| Nespecifické enzymy | Zvládají široké spektrum léků, nejen jednu sloučeninu |
| Nízké energetické nároky | Proces může fungovat bez nákladného vybavení a vysoké spotřeby energie |
| Hojný výskyt v přírodě | Snadná dostupnost a potenciálně jednoduchá škálovatelnost |
Takovéto „houbové moduly" by bylo možné v budoucnu začlenit do stávajících linek zpracování biosolidů. Například jako přídavné fáze zrání kalů v tunelech, hromadách nebo kontejnerech, kde má podhoubí čas pracovat – dříve než hnojivo skončí na poli.
Co to znamená pro zemědělství a lidské zdraví
Dnes jsou biosolidy v mnoha zemích důležitou součástí oběhového hospodářství: místo vyhazování kalů se využívají ke zlepšení úrodnosti půdy. Zároveň roste tlak na omezení chemického „zavazadla", které s nimi do prostředí putuje. Pokud se podaří technologie založené na houbách zdokonalit, mohli by zemědělci využívat výživovou hodnotu kalů s menším rizikem, že spolu s nimi zaorají do polí koktejl psychotropních léků.
Pro obyvatele měst by to znamenalo menší šanci, že stopová množství antidepresiv a dalších farmaceutik kolují mezi kanalizací, půdou, vodou a potravinami. Pro vodní a půdní organismy by to znamenalo menší vystavení látkám, které zasahují do nervových soustav.
Jak blízko jsme reálnému nasazení?
Výzkum z Johns Hopkins ukazuje obrovský potenciál, ale stále jde o předimplementační fázi. Než čistírny odpadních vod skutečně začnou „pěstovat" hlívy ve svých kalech, bude třeba zodpovědět několik praktických otázek: jak stabilní je účinnost při proměnlivých podmínkách, jaké jsou náklady ve velkém měřítku, zda je proces snadno začlenitelný do stávajících instalací a zda vyhovuje platným předpisům.
Samotná myšlenka přitom zapadá do širšího trendu hledání biologických spojenců v boji s obtížnými znečišťovateli. Mikroorganismy se již dlouho používají k rozkladu ropy, pesticidů nebo barviv. Nyní se podobný přístup začíná uplatňovat u pokročilých léčiv, kterých naše společnost spotřebovává stále více.
Pro běžného čtenáře zní téma poměrně abstraktně, ale analogie se nabízí sama: stejně jako podhoubí dokáže v lese „sníst" starý pařez, může za kontrolovaných podmínek postupně „pohlcovat" molekuly léků uvězněné v čistírenských kalech. Rozdíl je v tom, že místo shnilého dřeva mizí látky, které v půdě a vodě rozhodně nechceme.
Zároveň je třeba mít na paměti, že žádné jediné řešení problém farmaceutik v životním prostředí nevyřeší. Ani ty nejúčinnější houby nenahradí rozumné nakládání s léky – nesplachování tablet do záchodu, omezení nadměrného předepisování a vývoj přípravků snáze podléhajících biodegradaci. Houbové „čistírny" však mohou být důležitým dílem většé skládačky, v níž technologie, medicína a ekologie konečně začínají táhnout za jeden provaz.
