Zbytky antidepresiv a dalších léků se z čistíren odpadních vod dostávají na zemědělská pole. Vědci z Johns Hopkins University testovali, zda běžné dřevokazné houby dokážu rozložit farmaceutika ukrytá v čistírenských kalech, než se tyto kaly použijí jako hnojivo.
Antidepresiva a další psychotropní látky mají působit v lidském mozku, ne v půdě. Po spolknutí tablety se účinné látky vyloučí z organismu a část jich putuje do kanalizace i tehdy, když někdo splachuje do toalety prošlé léky. Čistírny odpadních vod odstraňují bakterie a těžké kovy, ale složité chemické sloučeniny z léků procházejí tímto procesem téměř beze změny.
Z těchto odpadních vod vznikají takzvané biosolidy – kaly bohaté na dusík, fosfor a organickou hmotu, které se hojně používají jako hnojivo a zlepšovač půdy. Spolu s nimi se však na pole dostává koktejl farmaceutických látek. Část studií naznačuje, že rostliny mohou vstřebávat fragmenty těchto sloučenin. Vědci zatím nemají jednoznačný důkaz, že se později vracejí s potravinami na naše talíře, ale riziko pro lidi a ekosystémy neustále roste.
I velmi malá množství psychotropních léků mohou ovlivňovat chování organismů, proto je odborníci považují za znečištění vyžadující zvláštní pozornost. Výzkumníci z Johns Hopkins University proto hledali řešení, které by dokázalo farmaceutika neutralizovat ještě před tím, než biosolidy opustí čistírnu.
Proč klasické čistírny selh��vají v boji s moderními léky
Tradiční technologie čištění odpadních vod vznikaly s ohledem na choroboplodné mikroorganismy a jednodušší chemické sloučeniny. Biologické a chemické systémy skvěle redukují patogeny či kovy, ale psychotropní farmaceutika jsou úplně jiná kategorie. Jde o komplikované molekuly navržené tak, aby dlouho vydržely v organismu a obtížně se rozkládaly.
Výsledkem je, že čistírna často vyhrává nad bakteriemi, ale prohrává s moderními léky. Farmaceutické sloučeniny se přichytávají na organickou hmotu v kalu a tam v klidu přečkají celý proces. Vyhození takového kalu na pole znamená, že v delší perspektivě mohou působit na půdní a vodní život a také se kumulovat v potravním řetězci.
Badatelé proto začali hledat organismy, které dokážou rozkládat velmi odolné substance. Ukázalo se, že příroda má pro tento problém připravené elegantní řešení v podobě specifické skupiny hub.
Houby bílé hniloby fungují jako přírodní bioreaktory
Výzkumný tým vsadil na skupinu organismů, které po miliony let řeší podobný úkol: rozklad velmi odolných látek. Řeč je o takzvaných houbách bílé hniloby, známých tím, že dokážou rozložit lignin – tvrdou kostru dřeva. Místo vnitřních enzymů, jako má mnoho bakterií, tyto houby vylučují do okolí silné nespecifické enzymy, které napadají celou škálu komplikovaných molekul.
Elastičnost enzymů hub bílé hniloby způsobuje, že si skvěle poradí s farmaceutiky silně vázanými na organickou hmotu v kalech. Do výzkumu vybrali dva druhy, které mnoho lidí zná z kuchyně nebo z fotografií lesa: hlívu ústřičnou (Pleurotus ostreatus) a outkovku pestrnou (Trametes versicolor), nazývanou také krocaní ocásky kvůli vzhledu plodnic.
Oba druhy jsou běžně dostupné, dobře prozkoumané a dokážou růst na různých typech substrátu, což má z pohledu čistíren odpadních vod obrovský význam. Vědci je považují za ideální kandidáty pro praktické nasazení v reálném provozu.
Jak vypadal experiment s houbovou čistírnou
Badatelé vzali biosolidy z městské čistírny a účelově je obohатили směsí devíti účinných látek používaných v psychotropních lécích, včetně populárních antidepresiv jako citalopram nebo trazodon. Následně naočkovali kal myceliem hlívy a outkovky a nechali ho růst maximálně 60 dní.
Současně připravili kontrolní experiment: stejné sloučeniny rozpustili v laboratorní kapalině bez účasti kalů. To umožnilo zjistit, jak se liší chování léků v čistých podmínkách oproti skutečnému složitému materiálu z čistírny. Během celého období výzkumu používali vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrii k měření koncentrací jednotlivých léků a identifikaci molekul vznikajících při jejich rozpadu.
Díky tomu mohli posoudit nejen to, zda něco mizí, ale také to, v co se to přeměňuje. Výsledky předčily očekávání výzkumníků i samotných provozovatelů čistíren.
Účinnost až 100 procent u některých farmaceutik
Oba druhy hub si poradily překvapivě dobře. Každý z nich rozložil osm z devíti testovaných látek, často ve velmi vysoké míře:
- V mnoha vzorcích zaznamenali redukci koncentrací kolem 50 procent po dvou měsících
- V části případů houby téměř úplně vyčistily kaly od daného léku
- Hlíva ústřičná se ukázala jako zvlášť účinná v rozkladu několika antidepresiv s účinností přes 90 procent
- Některé látky se rozkládaly lépe právě ve skutečném kalu než v ideálně připravené kapalině
- Reálné prostředí s celou svou chaotickou chemií a mikrobiologií může enzymy hub přímo podporovat
- Produkty rozpadu vykazovaly nižší toxicitu než původní farmaceutické sloučeniny
- Spektrometrická analýza identifikovala více než 40 nových sloučenin vzniklých během procesu
- Американská agentura EPA potvrdila pomocí modelování, že většina produktů rozpadu je méně nebezpečná
Co se týká bezpečnosti, badatelé věnovali velkou pozornost analýze produktů rozpadu. Identifikovali přes 40 sloučenin vznikajících, když houby rozloží molekuly léků – často jejich rozdělením na menší fragmenty nebo připojením atomů kyslíku. K posouzení jejich vlastností využili nástroj americké agentury EPA, který na základě chemické struktury předpovídá potenciální toxicitu.
Mycoaugmentace jako nový přístup k čištění odpadních vod
Badatelé hovoří o mycoaugmentaci, tedy cíleném posílení čisticích procesů pomocí hub. Z praktického hlediska je nápad atraktivní, protože houby bílé hniloby vyžadují relativně jednoduchý substrát, vydrží různé teploty a vlhkosti a produkují enzymy účinné proti širokému spektru sloučenin. Navíc nevyžadují drahé chemikálie ani složité technologické vybavení.
Takovéto houbové moduly by bylo možné v budoucnu začlenit do stávajících linek zpracování biosolidů. Například prostřednictvím dodatečných etap dozrávání kalů v tunelech, hroudách nebo kontejnerech, kde má mycelium čas na práci, než se hnojivo dostane na pole. Pro zemědělce by to znamenalo možnost využívat živinovou hodnotu kalů při menším riziku zavlečení psychotropních látek do půdy.
Pro obyvatele by to znamenalo menší šanci, že mikroskopická množství antidepresiv nebo jiných farmaceutik cirkulují mezi kanalizací, půdou, vodou a potravinami. Pro vodní a půdní organismy pak menší vliv látek zasahujících do nervových systémů. Výzkumníci z Johns Hopkins University věří, že tento přístup by mohl výrazně změnit způsob, jakým nakládáme s čistírenskými kaly.
Jak daleko jsme od reálného nasazení této technologie
Stutie z Johns Hopkins University ukazuje potenciál, ale stále se jedná o fázi předimplementačního výzkumu. Než čistírny odpadních vod skutečně začnou pěstovat hlívy ve svých kalech, je třeba odpovědět na několik praktických otázek: jak stabilní je účinnost v proměnlivých podmínkách, jaké jsou náklady ve velkém měřítku, zda se proces dá snadno začlenit do současných instalací a předpisů.
Zároveň samotná koncepce zapadá do širšího trendu hledání biologických spojenců v boji proti obtížným znečištěním. Mikroorganismy se již dlouho používají k rozkladu ropy, pesticidů nebo barviv. Nyní se podobný přístup začíná vztahovat na pokročilá léčiva, která naše společnosti používají stále více. Žádné jediné řešení však problém farmaceutik v životním prostředí nevyřeší úplně.
I ty nejúčinnější houby nenahradí rozumné hospodaření s léky – nesplachování tablet do toalety, omezení nadměrného předepisování a vývoj přípravků snadněji podléhajících biodegradaci. Houbové čistírny však mohou být důležitým prvkem většího puzzle, ve kterém technologie, medicína a ekologie začínají konečně táhnout za jeden provaz. Možná se brzy naučíme využívat přirozené schopnosti hub i k ochraně naší pitné vody a potravin.
