Zbytky antidepresiv a dalších léků z čistíren odpadních vod putují na zemědělská pole spolu s hnojivem. Vědci z Johns Hopkins University však přišli s překvapivým řešením: běžné houby napadající dřevo dokážou tyto farmaceutické látky rozložit dříve, než se dostanou do půdy.
Antidepresiva a další psychotropní látky mají působit v lidském mozku, ne v půdě. Po požití tablety se účinné látky vyloučí z organismu a část z nich skončí v kanalizaci také tehdy, když někdo splachuje do toalety prošlé léky. Čistírny odpadních vod dokážu odstranit bakterie a těžké kovy, ale složité chemické sloučeniny z léků procházejí tímto procesem téměř bez úhony.
Z těchto odpadních vod vznikají takzvané biosolidy – kaly bohaté na dusík, fosfor a organickou hmotu, které se hojně používají jako hnojivo a zlepšovač půdy. Společně s nimi se však na pole dostává koktejl farmaceutických látek. Část studií naznačuje, že rostliny mohou vstřebávat fragmenty těchto sloučenin. Vědci sice ještě nemají jednoznačný důkaz, že se později vracejí spolu s potravinami na naše talíře, ale riziko pro lidi a ekosystémy stále roste.
Dokonce i velmi malé množství psychotropních léků může ovlivňovat chování organismů, proto je odborníci označili za znečišťující látky vyžadující zvláštní pozornost. Výzkumníci z Johns Hopkins University proto hledali netradiční způsob, jak tento problém řešit ještě předtím, než kontaminované kaly opustí čistírnu.
Proč klasické čistírny selhávají v boji s moderními léky
Tradiční technologie čištění odpadních vod vznikly s ohledem na choroboplodné mikroorganismy a jednodušší chemické sloučeniny. Biologické a chemické systémy skvěle redukují patogeny či kovy, ale psychotropní farmaceutika představují úplně jinou kategorii. Jde o složité molekuly navržené tak, aby dlouho vydržely v organismu a jen těžko se rozkládaly.
Výsledkem je, že čistírna často „zvítězí“ nad bakteriemi, ale prohrává s moderními léky. Farmaceutické sloučeniny se přichytí na organickou hmotu v kalu a tam v klidu přečkají celý proces. Vyhození takového kalu na pole znamená, že z dlouhodobého hlediska mohou působit na půdní a vodní život a také se kumulovat v potravním řetězci.
Badatelé se proto zaměřili na jiný přístup: namísto sofistikované chemie vsadili na organismy, které podobné úkoly řeší už miliony let. Ukázalo se, že běžné houby rostoucí na dřevě mohou být překvapivě účinným nástrojem.
Houby bílé hniloby fungují jako přirozené bioreaktory
Výzkumný tým vsadil na skupinu organismů, které od pradávna rozkládají velmi odolné substance. Řeč je o takzvaných houbách bílé hniloby, známých tím, že dokážou rozložit lignin – tvrdou „kostru“ dřeva. Místo vnitřních enzymů, jako mnoho bakterií, tyto houby vylučují do okolí silné, nespecifické enzymy, které napadají celou škálu složitých molekul.
Pružnost enzymů hub bílé hniloby zajišťuje, že si skvěle poradí s farmaceutiky silně vázanými na organickou hmotu v kalech. Do studií byly vybrány dva druhy, které hodně lidí zná z kuchyně nebo z fotografií lesa: hlíva ústřičná neboli Pleurotus ostreatus – populární jedlá houba – a pestřec nachový, latinsky Trametes versicolor, který se kvůli vzhledu plodnic nazývá také „krocaní ocásky“.
Oba druhy jsou běžně dostupné, dobře prozkoumané a dokážou růst na různých substrátech, což má z pohledu čistíren odpadních vod obrovský význam. Vědci z Johns Hopkins University proto testovali, zda tyto houby dokážou „sníst“ farmaceutika skrytá v kalech dříve, než se kaly použijí jako hnojivo.
Jak probíhal experiment s houbovou čistírnou
Badatelé vzali biosolidy z městské čistírny a záměrně je „okořenili“ směsí devíti účinných látek používaných v psychotropních lécích, včetně populárních antidepresiv jako citalopram nebo trazodon. Následně očkovali kal myceliem hlívy a pestřece a nechali je růst maximálně šedesát dní.
Současně připravili kontrolní experiment: stejné sloučeniny rozpustili v laboratorní kapalině bez účasti kalů. To umožnilo ověřit, jak se liší chování léků v „čistých“ podmínkách ve srovnání se skutečným, složitým materiálem z čistírny. Během celého období studie používali vysoce rozlišovací hmotnostní spektrometrii k měření koncentrací jednotlivých léků a identifikaci molekul vznikajících při jejich rozkladu.
Díky tomu bylo možné posoudit nejen to, zda něco mizí, ale také v co se přeměňuje. Výsledky překvapily dokonce samotné výzkumníky z Johns Hopkins University.
Účinnost dosáhla až sto procent u některých léků
Oba druhy hub si poradily překvapivě dobře. Každý z nich rozložil osm z devíti testovaných látek, často ve velmi vysokém rozsahu. Konkrétní výsledky ukázaly následující:
- V mnoha vzorcích zaznamenali redukci koncentrací kolem padesáti procent po dvou měsících
- V části případů houby téměř úplně vyčistily kaly od daného léku
- Hlíva ústřičná se ukázala jako obzvláště účinná při rozkladu několika antidepresiv s odstraněním přes devadesát procent
- Některé substance se rozkládaly lépe právě v „špinavém“ kalu než v ideálně připravené kapalině
- Pestřec nachový vykazoval stabilní výsledky napříč různými typy farmaceutik
- Enzymy hub fungovaly efektivně i při nižších teplotách typických pro čistírny
Co zajímavé, některé látky se rozkládaly lépe právě v „znečištěném“ prostředí než v laboratorně čisté tekutině. To signalizuje, že reálné prostředí s celou svou chaotickou chemií a mikrobiologií může houbovým enzymům dokonce pomáhat. Výzkumníci z Johns Hopkins University to považují za velmi povzbudivé zjištění pro praktické využití.
Vznikají při rozkladu nové toxické látky
Nejčastější výhrada vůči mnoha metodám čištění zní: „místo jedné znečišťující látky vytváříme druhou, možná ještě nebezpečnější“. V tomto projektu proto badatelé položili velký důraz na analýzu produktů rozpadu. Identifikovali více než čtyřicet sloučenin vznikajících, když houby „rozkousávají“ molekuly léků – často jejich rozřezáním na menší fragmenty nebo připojením atomů kyslíku.
K posouzení jejich vlastností využili nástroj americké agentury EPA, který na základě chemické struktury předpovídá potenciální toxicitu. Rozhodná většina produktů rozpadu vyšla v těchto analýzách mírnější než výchozí sloučeniny. To je silný argument, že proces houbového „čištění“ skutečně snižuje ohrožení, a nepřenáší ho jen z jedné formy do druhé.
Toxikologické analýzy naznačují, že mycelium neskrývá farmaceutika ve své hmotě, ale skutečně je neutralizuje přeměnou na méně nebezpečné částice. Vědci zdůrazňují, že právě tento aspekt byl klíčový pro posouzení, zda má metoda smysl ve velkém měřítku.
Mycoaugmentace jako nový přístup v čistírnách
Výzkumníci hovoří o takzvané mycoaugmentaci, tedy záměrném využívání hub k podpoře čisticích procesů. Z praktického hlediska je nápad atraktivní, protože houby bílé hniloby nevyžadují sterilní podmínky, dokážou růst na organickém odpadu, produkují enzymy působící na široké spektrum sloučenin a jsou relativně levné na pěstování.
Tento typ „houbových modulů“ by se v budoucnu mohl začlenit do stávajících linek zpracování biosolidů. Například prostřednictvím dodatečných etap zrání kalů v tunelech, hroudách nebo kontejnerech, kde má mycelium čas na práci dříve, než hnojivo dorazí na pole. Některé čistírny odpadních vod v Oregonu a Kalifornii už podobné pilotní projekty testují.
Další výhodou je, že hlíva ústřičná i pestřec nachový jsou druhy, které lidé běžně konzumují nebo využívají v medicíně, takže jejich bezpečnost je dobře zdokumentovaná. Odborníci z univerzit v Baltimoru i Seattlu považují mycoaugmentaci za slibný směr pro dekontaminaci prostředí.
Co tento objev znamená pro zemědělství a lidské zdraví
Dnes jsou biosolidy v mnoha zemích důležitou součástí oběhového hospodářství: místo vyhazování kalů se využívají ke zlepšení úrodnosti půd. Současně roste tlak na omezení chemického „zavazadla“, které se s nimi dostává do prostředí. Pokud se technologie založené na houbách podaří dovést k dokonalosti, farmáři by mohli těžit z výživové hodnoty kalů při menším riziku, že s nimi zavedou na pole koktejl psychotropních léků.
Pro obyvatele by to znamenalo menší šanci, že mikroskopická množství antidepresiv či jiných farmaceutik cirkulují mezi kanalizací, půdou, vodou a potravinami. Pro vodní a půdní organismy pak menší vliv látek, které zasahují do nervových systémů. Výzkumníci z Johns Hopkins University zdůrazňují, že i když jde stále o laboratorní fázi, potenciál pro reálné využití je obrovský.
Samozřejmě žádné jednotlivé řešení nevyřeší problém farmaceutik v životním prostředí úplně. Ani ty nejúčinnější houby nenahradí rozumné hospodaření s léky – nesplachování tablet do toalety, omezení nadměrného předepisování a vývoj preparátů snadněji podléhajících biodegradaci. Houbové „čistírny“ však mohou být důležitou součástí větší skládačky, ve které technologie, medicína a ekologie začínají konečně spolupracovat. Možná právě tato kombinace tradičních znalostí o houbách a moderní vědy přinese průlom v ochraně našich půd a vody před léky, které do nich nepatří.
