Vědci z Johns Hopkins University testovali, zda obyčejné dřevokazné houby dokážou rozložit zbytky farmaceutik z čistírenských kalů, než se tyto kaly použijí jako hnojivo na pole. Výsledek byl překvapivě dobrý a může změnit způsob, jakým přemýšlíme o čištění odpadních vod.
Moderní psychiatrická léčiva jsou navržena tak, aby silně působila na mozek a dlouho se udržela v organismu. Po částečném vyloučení se dostávají do kanalizace, část nepoužitých tablet pak lidé stále splachují do toalety. V čistírnách odpadních vod mizí většina znečištění, ale ne všechny účinné látky z farmaceutik se dají snadno zneškodnit.
Po vyčištění zůstává hustý materiál bohatý na živiny – takzvané biosolidy, tedy zpracovaný čistírenský kal. Ve Spojených státech a mnoha dalších zemích se používá jako hnojivo a zlepšovač půdy. Spolu s ním se na pole mohou dostat stopové množství léků, včetně antidepresiv a uklidňujících prostředků.
Výzkumy naznačují, že i nepatrné množství léků v prostředí může ovlivňovat chování vodních a půdních živočichů a potenciálně také lidské zdraví. Zatím chybějí tvrdé důkazy, že takové dávky reálně škodí spotřebitelům potravin z polí hnojených biosolidy. Vědci však zdůrazňují, že mnoho těchto sloučenin se obtížně rozkládá a dokáže v prostředí přetrvávat dlouhou dobu.
Houby bílé hniloby: přirozená továrna na enzymy
Výzkumný tým sáhl po organismech, které se po miliony let vyrovnávají s jedním z nejtvrdších materiálů v přírodě – dřevem. Jde o takzvané houby bílé hniloby, proslulé schopností rozkládat lignin, velmi odolné „pojivo“ dřeva. Na rozdíl od mnoha bakterií tyto houby vypouštějí do okolí silné, málo vybíravé enzymy. Nezajímá je jedna konkrétní sloučenina. Útočí na celé spektrum složitých organických molekul a rozbíjejí je na menší, obvykle snadněji rozložitelné části.
Vědci se zaměřili na dva oblíbené druhy. Prvním je Pleurotus ostreatus, známý z českých obchodů jako hlíva ústřičná. Druhým je Trametes versicolor, barevná kloboukatá houba rostoucí na kmenech, často nazývaná ohniváček pestrý. Oba druhy jsou dobře prozkoumané, snadno dostupné a odedávna využívané v různých environmentálních experimentech.
Badatelé z Johns Hopkins University vzali biosolidy z městské čistírny odpadních vod a „dochutili“ je devíti léky s působením na centrální nervový systém. Mezi nimi se objevily například populární antidepresiva jako citalopram nebo trazodon. Takto připravený materiál se stal podhoubím pro růst mycelia hlívy a ohniváčka pestrého.
Na čem spočíval experiment s biosolidy
Vědci nechali houby růst na kalu po dobu maximálně šedesáti dnů. Během té doby pravidelně zkoumali, kolik účinných látek ještě ve vzorku zbývá. Výsledky ukázaly, že oba druhy hub zvládly většinu testovaných léků, v mnoha případech jejich koncentrace klesla téměř na nulu. Pro srovnání provedli také pokusy v klasickém tekutém živném médiu v laboratoři, bez účasti biosolidů. To umožnilo ověřit, jak přítomnost reálné „směsi“ znečištění ovlivňuje účinnost rozkladu.
Po dvou měsících práce mycelia oba druhy snížily hladinu osmi z devíti zkoumaných látek. Rozsah odstranění se pohyboval zhruba od padesáti procent až po téměř úplnou eliminaci daného léku z biosolidů. Zvlášť dobře se osvědčila hlíva ústřičná, která u části farmaceutik prakticky „vyčistila“ vzorek. Zajímavé je, že v některých případech probíhal rozklad léků lépe v přítomnosti biosolidů než v jednoduchém umělém roztoku. To je signál, že testy pouze v tekutině ne vždy ukazují, jak technologie zafunguje v reálných podmínkách čistírny.
Vědci věnovali zvláštní pozornost tomu, co se stává s molekulami léků po kontaktu s myceliem. Klíčová otázka zněla, zda houby pouze pohlcují farmaceutika, nebo je skutečně rozkládají na méně škodlivé složky. Na pomoc přišla pokročilá hmotnostní spektrometrie, umožňující sledovat, jak se v čase mění chemické složení vzorků. Vědci identifikovali přes čtyřicet nových sloučenin vznikajících v důsledku působení houbových enzymů. V mnoha případech byly molekuly léků rozřezány na menší fragmenty nebo „oxidovány“ – k molekule se přidával atom kyslíku.
Odstraňují houby léky skutečně, nebo je jen skrývají
Analýza toxicity naznačuje, že produkty rozkladu bývají obvykle méně nebezpečné než původní léky, což svědčí o skutečném „odstraňování jed“, nikoli jen o přesunu problému jinam. K předběžnému posouzení potenciální škodlivosti těchto nových sloučenin použili nástroj EPA založený na chemoinformatice. Model ukázal, že většina produktů přeměn by měla být pro živé organismy bezpečnější než původní účinné látky. To je velmi důležitý signál pro osoby odpovědné za environmentální politiku a plánování nových čisticích technologií.
V odborné literatuře se stále častěji objevuje pojem „mykoaugmentace“. Jde o záměrné vnášení hub do kontaminovaných prostředí, aby se urychlil rozklad škodlivých sloučenin. Studie z Johns Hopkins University poskytuje silné argumenty, že taková metoda dává smysl i v případě čistírenských kalů. Houby bílé hniloby mají několik praktických předností ve srovnání s nákladnými chemickými technologiemi nebo vyspělými filtry.
Mohou růst na pevném materiálu, jako jsou biosolidy, bez potřeby složité infrastruktury. Fungují v relativně mírných podmínkách – není třeba vysokých teplot ani vysokého tlaku. Jsou běžné v přírodě a dobře prozkoumané, jejich pěstování je levné. Enzymy, které produkují, si poradí s celými skupinami sloučenin, ne jen s jediným znečištěním. Z pohledu čistíren odpadních vod je lákavá vize modulu, ve kterém biosolidy před vyvezením na pole projdou „houbovou kúrou“. Takový stupeň by mohl doplňovat stávající procesy a zvyšovat celkovou úroveň environmentální bezpečnosti.
Co může jít špatně
Ačkoli výsledky znějí slibně, cesta k zavádění ve velkém měřítku je stále dlouhá. Je třeba například ověřit, jak si houby poradí s celou „polévkou“ znečištění přítomných v pravých kalech z různých čistíren, nejen s devíti léky. Dalším problémem je udržení biologické rovnováhy. Ve velkých instalacích jsou biosolidy plné bakterií a dalších mikroorganismů, které mohou s myceliem soutěžit o prostor a živiny. Nutné je také ujistit se, že případné produkty přeměn farmaceutických sloučenin se v půdě ani vodě nekumulují nežádoucím způsobem v dlouhodobější perspektivě.
Pro obyvatele měst je tento příběh připomínkou, že tableta spolknutá na spaní nebo zlepšení nálady nezmizí beze stopy. Část se dostane do čistírny a odtud dál – v různé podobě – do prostředí. I když jsou v praxi dávky minimální, rostoucí rozsah užívání antidepresiv vede vědce k hledání nových, propracovanějších metod čištění. Zároveň tento směr výzkumu ukazuje, že ne každou technologickou hádanku je nutné řešit pomocí složité aparatury.
Co to znamená pro běžné uživatele kanalizace
Občas stačí dobře pochopit organismy, které po miliony let uklízejí lesy od odumřelých kmenů, a přenést jejich talent tam, kde vytváříme největší množství odpadů. Pro zemědělce využívající biosolidy by takové houbové „předčištění“ mohlo v budoucnu být argumentem, že používají hnojivo s nižší chemickou zátěží. Pro provozovatele čistíren jde o způsob, jak splnit stále přísnější normy týkající se mikroznečištění, aniž by museli investovat obrovské částky do pokročilých membránových technologií.
V pozadí zůstává ještě jeden zajímavý závěr. Tytéž enzymy, které pomáhají houbám napadat lignin a psychiatrická léčiva, se mohou ukázat užitečné při rozkladu jiných vytrvalých znečištění – například přípravků na ochranu rostlin nebo některých složek kosmetiky. Pokud další výzkumy potvrdí účinnost takového přístupu, hlívy a jejich „příbuzní“ se mohou stát stálým prvkem moderního hospodaření s odpadními vodami.
