Skrytý problém: léky, které se vracejí na naše talíře
Zbytky antidepresiv a dalších léčiv se dostávají z čistíren odpadních vod přímo na zemědělskou půdu. Vědci přicházejí s řešením, které byste nejspíš nečekali.
Výzkumníci z Johns Hopkins University zkoumali, zda běžné dřevokazné houby dokážou „pozřít" farmaceutika skrytá v čistírenských kalech – ještě předtím, než tyto kaly skončí na polích jako hnojivo. Výsledky zní jako sci-fi, jenže za nimi stojí tvrdá laboratorní data.
Antidepresiva a další psychoaktivní látky jsou navrženy tak, aby působily v lidském mozku – rozhodně ne v půdě. Po spolknutí tablety tělo vyloučí část účinných látek, které pak putují do kanalizace. Podobně je tomu, když někdo splachuje prošlé léky do záchodu. Čistírny odpadních vod si poradí s bakteriemi a těžkými kovy, ale komplexní farmaceutické sloučeniny tímto procesem procházejí prakticky beze změny.
Z odpadních vod vznikají takzvané biosolidy – kaly bohaté na dusík, fosfor a organickou hmotu, oblíbené jako hnojivo a půdní kondicionér. Spolu s nimi se ale na pole dostává celý koktejl farmaceutických látek. Některé studie naznačují, že rostliny mohou části těchto sloučenin vstřebávat. Přímý důkaz, že se pak vracejí k lidem prostřednictvím potravy, zatím chybí – přesto riziko pro lidi i ekosystémy neustále roste.
Dokonce i velmi malá množství psychotropních léků mohou ovlivňovat chování organismů, a proto jsou považována za znečišťující látky vyžadující zvláštní pozornost.
Proč si klasické čistírny s léky neporadí
Tradiční technologie čištění odpadních vod vznikly s ohledem na choroboplodné mikroorganismy a jednodušší chemické sloučeniny. Biologické a chemické systémy skvěle redukují patogeny nebo kovy, ale psychotropní farmaceutika jsou úplně jiná kategorie. Jde o složité molekuly záměrně navržené tak, aby v organismu dlouho vydržely a těžko se rozkládaly.
Výsledkem je, že čistírna nad bakteriemi vyhraje, ale moderním lékům podlehne. 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 i vodní organismy a hromadit se v potravním řetězci.
Houby bílé hniloby: přírodní bioreaktory
Výzkumný tým vsadil na skupinu organismů, které podobný úkol – rozklad extrémně odolných látek – řeší už miliony let. Řeč je o takzvaných houbách bílé hniloby, proslulých schopností rozkládat lignin, tedy tvrdou „kostru" dřeva. Na rozdíl od mnoha bakterií tyto houby nevyužívají vnitřní enzymy, nýbrž vylučují do okolí silné nespecifické enzymy, jež útočí na celou škálu složitých molekul.
Enzymatická flexibilita hub bílé hniloby jim umožňuje snadno si poradit s farmaceutiky pevně navázanými na organickou hmotu v kalech.
Do výzkumu byly vybrány dva druhy, které mnozí z nás znají z kuchyně nebo z fotografií lesa:
- Pleurotus ostreatus – hlíva ústřičná, oblíbená jedlá houba;
- Trametes versicolor – outkovka pestrá, přezdívaná „krocaní ocas" pro tvar svých plodnic.
Oba druhy jsou běžně dostupné, dobře prostudované a schopné růst na nejrůznějších substrátech – což je z pohledu čistíren odpadních vod zásadní výhoda.
Jak vypadal experiment s „houbovou čistírnou"
Vědci vzali biosolidy z městské čistírny a záměrně je „ochutili" směsí devíti účinných látek používaných v psychotropních lécích, včetně oblíbených antidepresiv jako citalopram nebo trazodon. Poté kal naočkovali myceliem hlívy a outkovky a nechali ho růst po dobu až 60 dní.
Souběžně byl připraven kontrolní experiment: stejné sloučeniny byly rozpuštěny v laboratorní kapalině, bez přítomnosti kalu. To umožnilo porovnat, jak se léky chovají v „čistých" podmínkách oproti skutečnému, komplexnímu materiálu z čistírny.
Po celou dobu výzkumu vědci používali hmotnostní spektrometrii s vysokým rozlišením, aby měřili koncentrace jednotlivých léčiv a identifikovali molekuly vznikající při jejich rozpadu. Díky tomu mohli posoudit nejen to, zda něco mizí, ale i to, v co se to proměňuje.
Výsledek: až 100% odstranění některých léčiv
Oba druhy hub si vedly překvapivě dobře. Každý z nich rozložil osm z devíti testovaných látek, často ve velmi vysoké míře:
- v mnoha vzorcích byla po dvou měsících zaznamenána redukce koncentrací přibližně o 50 %,
- v části případů houby kal z daného léčiva téměř zcela vyčistily,
- hlíva ústřičná se ukázala jako zvláště účinná při rozkládání několika antidepresiv – odstraňovala jich přes 90 %.
Zajímavé je, že některé látky se lépe rozkládaly právě v „špinavém" kalu než v dokonale připravené laboratorní kapalině. To naznačuje, že reálné prostředí s veškerou svou chaotickou chemií a mikrobiologií může enzymům hub dokonce pomáhat.
Vznikají při tom nové, ještě nebezpečnější toxiny?
Nejčastější námitka proti mnoha metodám čištění zní: „místo jednoho znečištění vytváříme jiné, možná ještě horší." Právě proto byl v tomto projektu kladen velký důraz na analýzu produktů rozpadu. Vědci identifikovali více než 40 sloučenin vznikajících tehdy, když houby „rozkoušou" molekuly léčiv – často jejich rozštěpením na menší fragmenty nebo navázáním atomů kyslíku.
K posouzení jejich vlastností bylo použito nástroje americké agentury EPA, která na základě chemické struktury odhaduje potenciální toxicitu. Drtivá většina produktů rozpadu vycházela v těchto analýzách méně nebezpečně než výchozí sloučeniny. To je silný argument pro to, že houbové „čištění" skutečně snižuje riziko, namísto aby ho pouze přesouvalo z jedné formy do druhé.
Toxikologické analýzy naznačují, že mycelium farmaceutika neskrývá ve své hmotě, ale skutečně je neutralizuje a přeměňuje v méně škodlivé částice.
Mycoaugmentation – nový pojem ve slovníku čistíren
Vědci hovoří o takzvané mycoaugmentaci, tedy cíleném posilování čistírenských procesů pomocí hub. Z praktického hlediska je tento nápad atraktivní, protože houby bílé hniloby nabízejí celou řadu výhod:
| Přednost | Význam pro čistírny |
|---|---|
| Rostou na pevných materiálech | Lze je naočkovat přímo do čistírenských kalů |
| Nespecifické enzymy | Poradí si se širokým spektrem léčiv, nejen s jednou sloučeninou |
| Nízké energetické nároky | Proces může fungovat bez nákladného vybavení a vysoké spotřeby elektřiny |
| Běžně dostupné v přírodě | Snadná dostupnost a potenciálně jednoduchá škálovatelnost |
Takovéto „houbové moduly" by bylo možné v budoucnu začlenit do stávajících linek zpracování biosolidů. Například formou dodatečných fází zrání kalů v tunelech, hromadách nebo kontejnerech, kde by mělo mycelium čas pracovat ještě předtím, než hnojivo skončí na poli.
Co to znamená pro zemědělství a lidské zdraví
Biosolidy jsou dnes 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 vstupuje do životního prostředí. Pokud se technologie založené na houbách podaří dotáhnout, mohli by zemědělci využívat výživnou hodnotu kalů s menším rizikem, že zároveň vnášejí na pole koktejl psychotropních léků.
Pro obyvatele by to znamenalo menší šanci, že stopová množství antidepresiv a dalších farmaceutik kolují mezi kanalizací, půdou, vodou a potravou. Pro vodní a půdní organismy by to znamenalo menší vystavení látkám zasahujícím do nervových systémů.
Jak blízko jsme reálnému nasazení?
Výzkum z Johns Hopkins prokazuje potenciál, ale stále jde o předimplementační fázi. Než čistírny odpadních vod skutečně začnou „vysévat" hlívy do svých kalů, bude nutné odpovědět na několik praktických otázek: jak stabilní je účinnost při proměnlivých podmínkách, jaké jsou náklady ve velkém měřítku, zda lze proces snadno začlenit do stávajících provozů a předpisů.
Samotná koncepce přitom zapadá do širšího trendu hledání biologických spojenců v boji s obtížnými znečišťujícími látkami. Mikroorganismy se již dlouho používají k rozkladu ropy, pesticidů nebo barviv. Nyní podobný přístup začíná platit i pro pokročilá léčiva, jejichž spotřeba ve společnosti stále roste.
Pro běžného čtenáře může téma znít abstraktně, ale analogie se nabízí sama: stejně jako mycelium dokáže „sníst" starý pařez v lese, může za kontrolovaných podmínek postupně „požírat" molekuly léčiv uvězněné v čistírenských kalech. Rozdíl spočívá v tom, že místo prohnilého dřeva mizí látky, které v půdě a vodě nechceme.
Je také důležité mít na paměti, že žádné jediné řešení problém farmaceutik v životním prostředí nevyřeší. Ani ty nejúčinnější houby nenahradí rozumné zacházení s léky – nevyhazování tablet do záchodu, omezení nadměrného předepisování a vývoj přípravků lépe podléhajících biologickému rozkladu. Houbové „čistírny" však mohou být důležitým dílem většího puzzle, v němž technologie, medicína a ekologie začínají konečně hrát na jedné straně.
