Vědci z Johns Hopkins University testovali, zda běžné dřevokazné houby zvládnou rozložit zbytky farmaceutik z čistírenských kalů dříve, než se tyto kaly použijí jako hnojivo na pole. Výsledky ukázaly překvapivě vysokou účinnost.
Moderní antidepresiva a další psychofarmaka jsou navržena tak, aby intenzivně působila na mozek a dlouho se udržela v organismu. Po částečném vyloučení se dostávají do kanalizace a část nepoužitých tablet lidé stále splachují v záchodě. V čistírnách odpadních vod sice mizí většina nečistot, ale ne všechny účinné látky z léků se podaří snadno zneškodnit.
Po čištění zůstává hustý materiál bohatý na živiny – takzvané biosolidy, tedy přetvořený čistírenský kal. V USA a mnoha dalších zemích se používá jako hnojivo a zlepšovač půdy. Spolu s ním se na pole mohou dostat stopová množství léků, včetně antidepresiv a anxiolytik.
Studie naznačují, že i nepatrné dávky farmaceutik v prostředí mohou ovlivňovat chování vodních a půdních živočichů a potenciálně také zdraví lidí. Zatím sice chybějí tvrdé důkazy, že takové koncentrace skutečně škodí konzumentům potravin z polí hnojených biosolidy. Vědci však zdůrazňují, že mnoho těchto sloučenin se těžko rozkládá a dokáže se v prostředí udržet dlouhou dobu.
Jak houby bílé hniloby rozkládají nejtěžší přírodní materiály
Výzkumný tým sáhl po organismech, které se již miliony let vypořádávají s jedním z nejodolnějších materiálů v přírodě – dřevem. Jde o takzvané houby bílé hniloby, známé schopností rozkládat lignin, tedy velmi odolné „pojivo“ dřeva.
Na rozdíl od mnoha bakterií tyto houby vypouštějí do okolí silné a málo vybíravé enzymy. Nezajímají se o jednu konkrétní látku. Útočí na celé spektrum složitých organických molekul a rozbíjejí je na menší části, obvykle snadněji rozložitelné.
Badatelé se zaměřili na dva populární druhy. Pleurotus ostreatus je znám v českých obchodech jako hlíva ústřičná. Trametes versicolor představuje barevnou kloboukatou houbu rostoucí na kmenech, často nazývanou ocasatka pestrá. Oba druhy jsou dobře prozkoumané, snadno dostupné a dlouhodobě využívané v různých environmentálních experimentech.
Vědci z Johns Hopkins University odebrali biosolidy z městské čistírny odpadních vod a „okořenili“ je devíti léky působícími na centrální nervový systém. Mezi nimi se objevily mimo jiné populární antidepresiva jako citalopram nebo trazodon.
Na čem spočíval experiment s čistírenskými kaly
Takto připravený materiál se stal podložím pro růst mycelia hlívy ústřičné a ocasatky pestré. Vědci nechali houby růst na kalu maximálně šedesát dní. Během této doby pravidelně zkoumali, kolik účinných látek zůstalo ještě ve vzorku.
Výsledky ukázaly, že oba druhy hub se poradily s většinou testovaných léků a v mnoha případech jejich koncentrace klesla téměř na nulu. Pro srovnání proběhly také pokusy v klasickém tekutém laboratorním médiu bez účasti biosolidů. To umožnilo ověřit, jak přítomnost reálné „směsi“ nečistot ovlivňuje účinnost rozkladu.
Po dvou měsících práce mycelia oba druhy snížily hladinu osmi z devíti sledovaných látek. Rozsah odstranění se pohyboval od přibližně padesáti procent až po téměř úplnou eliminaci daného léku z biosolidů. Zvlášť dobře se osvědčila hlíva ústřičná, která u části farmaceutik prakticky „vyčistila“ vzorek.
Co se ukázalo jako zajímavé, v některých případech probíhal rozklad léků lépe v přítomnosti biosolidů než v jednoduchém syntetickém roztoku. To signalizuje, že testy pouze v kapalině ne vždy ukazují, jak technologie funguje v reálných podmínkách čistírny.
Zda houby pouze ukrývají léky nebo je skutečně rozkládají
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 opravdu rozkládají na méně škodlivé součásti.
Na pomoc přišla pokročilá hmotnostní spektrometrie umožňující sledovat, jak se časem mění chemické složení vzorků. Identifikováno bylo přes čtyřicet nových sloučenin vznikajících působením houbových enzymů. V mnoha případech byly molekuly léků rozřezány na menší fragmenty nebo „oxidovány“ – k molekule se připojil atom kyslíku.
Analýza toxicity naznačuje, že produkty rozkladu jsou obvykle méně nebezpečné než výchozí léky, což ukazuje na skutečné „odmoření“, nikoli pouze přesunutí problému jinam. K předběžnému posouzení potenciální škodlivosti těchto nových sloučenin se použil nástroj EPA založený na chemoinformatice.
Model ukázal, že většina produktů přeměn by měla být bezpečnější pro živé organismy než původní účinné látky. To představuje velmi důležitý signál pro osoby odpovědné za environmentální politiku a plánování nových čisticích technologií.
Co je mykoaugmentace a jak pomáhá čistírnám odpadních vod
Ve vědecké literatuře se stále častěji objevuje pojem „mykoaugmentace“. Jde o cílené zavádění hub do znečištěných prostředí, aby se urychlil rozklad škodlivých sloučenin. Studie z Johns Hopkins University poskytuje silné argumenty, že taková metoda má smysl i v případě čistírenských kalů.
Houby bílé hniloby mají několik praktických výhod oproti nákladným chemickým technologiím nebo pokročilým filtrům:
- mohou růst na pevném materiálu jako biosolidy bez potřeby složité infrastruktury
- fungují v poměrně mírných podmínkách bez vysokých teplot ani tlaku
- jsou běžné v přírodě a dobře prozkoumané a jejich pěstování je levné
- enzymy které produkují zvládají celé skupiny sloučenin nejen jediné znečištění
- nepotřebují elektrickou energii pro základní metabolické procesy
- produkty rozkladu mají nižší toxicitu než původní farmaceutika
Z pohledu čistíren odpadních vod láká vize modulu, ve kterém biosolidy před odvozem na pole procházejí „houbovou kúrou“. Takový stupeň by mohl doplňovat stávající procesy a zvyšovat celkovou úroveň environmentální bezpečnosti.
Pro obyvatele měst tento příběh připomíná, že tableta spolknutá na spaní nebo zlepšení nálady nezmizí beze stopy. Část se dostane do čistírny a odtud dál – v různé formě – do prostředí. I když jsou v praxi dávky minimální, rostoucí rozsah užívání antidepresiv vede vědce k hledání nových a sofistikovanějších metod čištění.
Jaké výzvy čekají houby na cestě do praxe
Ačkoli výsledky zní slibně, cesta k nasazení ve velkém měřítku je stále dlouhá. Je třeba například ověřit, jak si houby poradí s celou „polévkou“ nečistot přítomných v reálných kalech z různých čistíren, nejen s devíti léky.
Dalším problémem je udržení biologické rovnováhy. Ve velkých zařízeních jsou biosolidy plné bakterií a jiných mikroorganismů, které mohou s myceliem soutěžit o prostor a živiny. Nutné je také zajistit, že případné produkty přeměn farmaceutických sloučenin se v půdě ani vodě nekumulují nežádoucím způsobem v delším časovém horizontu.
Pro zemědělce využívající biosolidy by takové houbové „předčištění“ mohlo v budoucnu představovat argument, že používají hnojivo s nižším chemickým zatížením. Pro provozovatele čistíren by šlo o způsob, jak splnit stále přísnější normy týkající se mikronečistot bez nutnosti gigantických investic do pokročilých membránových technologií.
Zůstává ještě jeden zajímavý závěr. Tytéž enzymy, které pomáhají houbám napadat lignin a psychofarmaka, se mohou ukázat užitečné při rozkladu dalších vytrvalých nečistot – například pesticidů nebo některých složek kosmetiky. Pokud další studie potvrdí účinnost takového přístupu, hlíva ústřičná a její „příbuzní“ mohou se stát stálým prvkem moderního hospodaření s odpadními vodami.
