Vědci z Johns Hopkins University zjistili, že populární dřevokazné houby dokážou rozkládat zbytky psychotropních léků v čistírenském kalu. Pokud se metodu podaří rozšířit, zemědělci by mohli dostávat bezpečnější hnojivo a léky by se v přírodě šířily méně.
Farmaceutika v odpadních vodách: skrytý problém našich koupelen
Antidepresiva, léky proti úzkosti a další látky působící na mozek mají přesně ovlivňovat nervový systém člověka. Dostávají se do organismu, splní svůj úkol a jejich zbytky vyloučíme močí a stolicí. K tomu přibývají prošlé tablety vhozené do záchodu místo odevzdání do lékárny.
Všechno to končí v čistírnách odpadních vod. Tam se ścieki čistí a z jejich „husté“ části vznikají takzvané biosolidy – stabilizovaný kal bohatý na dusík, fosfor a organickou hmotu. V mnoha zemích včetně USA se používá jako hnojivo a zlepšovač půdy na polích.
Biosolidy jsou cenné hnojivo, ale mohou obsahovat stopové množství léků, včetně antidepresiv a dalších psychoaktivních látek. Standardní metody čištění odpadních vod si dobře poradí s choroboplodnými bakteriemi a těžkými kovy. Mnohem hůř je to se složitými organickými sloučeninami, jako jsou moderní farmaceutika. Část z nich se téměř vůbec nerozkládá a prochází celým procesem, aby nakonec skončila na polích spolu s hnojivem.
Proč se vědci obávají i stopových koncentrací léků
Badatelé zdůrazňují, že stále chybí jednoznačná data, zda farmaceutika z biosolidů reálně přecházejí do rostlin v takovém množství, aby škodila konzumentům potravin. Neexistují tvrdé důkazy o přímém ohrožení lidského zdraví.
Přesto téma budí rostoucí znepokojení. Léky působící na mozek se vyvíjejí tak, aby měnily chemii organismu už při velmi malých dávkách. Kdyby se takové látky začaly systematicky dostávat do pitné vody nebo potravin, efekt by mohl být těžko předvídatelný – tím spíš že mluvíme o směsi mnoha různých preparátů.
K tomu přichází riziko pro vodní organismy. Světové studie už dříve ukázaly, že stopová množství některých léků ovlivňují chování ryb, bezobratlých či mikroorganismů v půdě. Výzkumníci z University of Michigan například zjistili, že sertralin mění reprodukční schopnosti vodních korýšů.
Houby bílé hniloby – přírodní „rozpouštědla“ chemie
Tým z Johns Hopkins vsadil na organismy, které se miliony let specializují na rozklad jedněch z nejtvrdších struktur v přírodě: dřeva. Jde o takzvané houby bílé hniloby. V přírodě se zakusují do kmenů stromů a rozkládají lignin – tuhý polymer, který dodává dřevu tvrdost.
Klíč tkví v enzymech. Tyto houby vylučují do okolí velmi silné, ale málo vybíravé biokatalizátory. Nejsou přesně přizpůsobené jediné chemické sloučenině. Místo toho dokážou atakovat celé skupiny těžko rozložitelných molekul. To způsobuje, že skvěle zvládají dřevo, ale mohou se pustit i do farmaceutik přichycených k organické hmotě v biosolidech.
Vědci ze Stanford University dříve prokázali, že enzymy ligninoperoxidázy a manganperoxidázy dokážou štěpit struktury podobné některým polutantům. Výzkumný tým pod vedením doktorky Suzanne Osborne analyzoval přesně tento mechanismus.
Hlíva ústřičná a ocasatka pestrá – známé druhy v nové roli
Ve studii využili dva velmi populární druhy. Pleurotus ostreatus je dobře známá hlíva ústřičná z pěstování, často ji potkáš v obchodech. Trametes versicolor je pestrá houba porostlá na kmenech, u nás nazývaná ocasatka pestrá.
Oba druhy snadno rostou na pevných substrátech, jsou dobře popsané a široce dostupné. To je důležité z hlediska praktického využití – nejde o exotickou kuriozitu, ale o organismy, které lze reálně zavést do zařízení zpracovávajících čistírenský kal. Centrum pro výzkum hub na Penn State University dlouhodobě studuje právě tyto druhy pro bioremediaci.
Jak experiment s biosolidy vypadal
Badatelé odebrali biosolidy z městské čistírny. Následně je „naočkovali“ devíti různými psychotropními léky, včetně běžně používaných antidepresiv, jako jsou citalopram nebo trazodon. To simulovalo typický profil kontaminantů, se kterými se v kalu skutečně můžeš setkat.
Na takto připravený substrát naočkovali podhoubí hlívy a ocasatky. Houby měly až šedesát dní, aby zkolonizovaly biosolidy a spustily své enzymy. Po dvou měsících oba druhy odstranily z biosolidů většinu sledovaných léků, v několika případech je téměř úplně rozložily.
Pro srovnání provedli také pokusy v tekutých laboratorních živných půdách bez biosolidů. To umožnilo ověřit, jak se houby chovají v ideálních podmínkách a jak ve „špinavém“, reálném materiálu z čistírny.
Co přesně se podařilo rozložit
Výsledky se ukázaly překvapivě dobré jak na tak jednoduchou metodu. Každý z druhů hub odstranil osm z devíti farmaceutik. Účinnost se pohybovala od přibližně padesáti procent až po téměř sto procent po šedesáti dnech kontaktu s biosolidy.
Zvlášť účinná se ukázala hlíva ústřičná, která v případě několika antidepresiv odstraňovala přes devadesát procent výchozího množství aktivní látky. Doktor Timothy Bowden z výzkumného týmu označil výsledky za mimořádně slibné.
Samotné zmizení léku z roztoku nestačí k tomu, abychom mluvili o úspěchu. Stává se, že chemická sloučenina se například naváže na kal, ale stále zůstává aktivní a může se znovu dostat do prostředí, když se podmínky změní.
Nejen pohlcování, ale skutečná detoxikace
Proto ve studii použili vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrii, aby sledovali, co se děje s molekulami léků. Analýza prokázala, že houby farmaceutika nejen „schovávaly“, ale intenzivně je přeměňovaly. Identifikovali přes čtyřicet nových produktů rozkladu, vznikajících během působení enzymů.
Mnoho těchto reakcí mělo charakteristický průběh: roztrhání velkých molekul na menší, přidávání atomů kyslíku či změny v aromatických kruzích. To je typické pro enzymy hub bílé hniloby, které se chovají trochu jako agresivní, ale přírodní „čisticí chemikálie“.
Toxikologické modely naznačují, že většina produktů rozkladu má nižší toxicitu než výchozí léky, což znamená reálné snížení nebezpečí. K vyhodnocení potenciální škodlivosti těchto produktů využili modul Cheminformatics hazard assessment americké agentury pro ochranu životního prostředí. Predikce ukázaly, že nové sloučeniny obvykle vykazují menší toxicitu než původní farmaceutika.
Proč má test ve skutečných biosolidech tak velký význam
Mnoho dřívějších prací o bioremediaci léků vycházelo ze sterilních, čistých roztoků. V takových podmínkách je snadné dosáhnout působivých výsledků, ale později metoda v praxi selhává. Biosolidy jsou husté, plné dalších organických sloučenin a minerálů, a navíc v nich žijí rozmanité mikroorganismy soutěžící o prostor a živiny.
V této studii houby záměrně vystavili působení skutečné „směsi“ z čistírny. Ukázalo se, že v takovém prostředí se některé sloučeniny rozkládají dokonce rychleji než v jednoduchých tekutých živných půdách. To je důležitý signál, že proces lze v budoucnu propojit se stávajícími zařízeními na zpracování kalu.
Vědci z Massachusetts Institute of Technology již testují podobné přístupy s jinými druhy hub na kontaminované půdy. Profesor Michael Liebhold naznačil možnost komerčního využití do pěti let.
Mycoaugmentace – houby jako nový stupeň čištění odpadních vod
Badatelé tu mluví o takzvané mycoaugmentaci, tedy cíleném využití hub ke zlepšení kvality kontaminovaných materiálů. V praxi by to mohlo znamenat přidání etapy „prorůstání“ biosolidů podhoubím před jejich odesláním na pole.
Houby bílé hniloby dobře rostou na pevných substrátech, nepotřebují pokročilou aparaturu ani vysokou spotřebu energie. V mnoha zařízeních by je bylo možné zavést jako poměrně levný proces: stačí kontrolovat vlhkost, teplotu a dobu pobytu kalu ve speciálně připravených komorách.
- nízká cena ve srovnání s pokročilou chemií nebo membránovými filtry
- využití organismů přirozeně přítomných v ekosystémech
- šance na redukci celých skupin sloučenin, nejen jednotlivých léků
- jednodušší začlenění do již existujících linek zpracování kalu
- minimální produkce vedlejších odpadů
- možnost kombinace s aerobní digestí
Co to může znamenat pro zemědělství a města
Pro zemědělce jsou biosolidy atraktivní formou hnojiva – obsahují cenné živiny, pomáhají zlepšit strukturu půdy a zadržovat vodu. Stále více lidí se však ptá, zda spolu s pozitivními efekty nepřinášíme na pole koktejl látek, které kdysi vznikly za účelem léčení lidí, ne zálivky mrkve nebo pšenice.
Pokud houbová „chemická prádelna“ vstoupí do standardu čistíren, kaly by mohly na pole dorazit s menším nákladem farmaceutik. To je šance zachovat výhody použití biosolidů při současném omezení kontroverzí kolem jejich bezpečnosti. Ministerstvo životního prostředí v Oregonu už zvažuje pilotní program.
Pro města by to znamenalo další nástroj k vyrovnání se s rostoucím množstvím léků v toku odpadních vod. Společnosti stárnou, spotřeba farmaceutik roste a kanalizační systémy na to nejsou připravené. Použití hub se může stát jedním z prvků širší strategie, vedle vzdělávání obyvatel – například odevzdávání prošlých léků do lékáren – a vývoje nových technologií čištění vody.
Co ještě je třeba prozkoumat a na co dát pozor
Než se hlívy a ocasatky stanou stálou součástí komunální infrastruktury, inženýři musí ověřit několik věcí. Za prvé, jak se proces zachová v průmyslovém měřítku: ve velkých silech a při proměnlivém složení kalů. Za druhé, zda produkty rozkladu skutečně zůstanou méně toxické při plném rozsahu dávek a směsí, a ne pouze v počítačových modelech.
Stojí za to pamatovat, že farmaceutika jsou jen jedna skupina kontaminantů. V biosolidech se nacházejí také pesticidy, prací prostředky či přísady do plastů. Část z nich může také podlehnout rozkladu enzymy hub bílé hniloby, jiné budou vyžadovat zcela odlišné metody odstranění.
Pro průměrného uživatele kohoutku má tento příběh jeden praktický morál: raději neházej tablety do záchodu ani nevylévej sirupy do dřezu. Ani ty nejpracovitější houby nezvládnou nekontrolovanou lavinu chemie z našich koupelen. Systém čištění funguje nejúčinněji, když se spojí rozumné chování doma s chytrým využitím biologických a technologických nástrojů. Nepomůže ti ani nejmodernější čistírna, pokud do kanalizace splachujeme léky ve velkém.
