Svampar rensar avloppsvatten från medicin – här är hemligheten

En överraskande upptäckt från laboratoriet

Forskare vid Johns Hopkins University ställde sig en enkel men fascinerande fråga: Kan vanliga träsvampar bryta ner läkemedelsrester i avloppsslam innan det hamnar på åkrarna som gödsel? Svaret visade sig vara långt mer lovande än väntat — och det kan fundamentalt förändra vårt sätt att närma oss avloppsrening.

Problemet: medicin från piller hamnar i dricksvattnet och på tallriken

Moderna psykiatriska läkemedel är utvecklade för att ha en kraftig effekt på hjärnan och stanna kvar i kroppen under lång tid. När de delvis utsöndras hamnar de i avloppssystemet. Dessutom spolas många oanvända piller fortfarande direkt ner i toaletten.

På reningsverk avlägsnas de flesta föroreningar effektivt — men inte alla aktiva läkemedelssubstanser låter sig oskadliggöras med befintliga metoder. Det som blir kvar är ett näringsrikt, tjockt material kallat biosolids — det vill säga bearbetat avloppsslam.

I USA och många andra länder används biosolids som jordförbättringsmedel och gödsel på jordbruksmark. Med det följer dock spårämnen av medicin, inklusive antidepressiva medel och lugnande medel, direkt ut på åkrarna.

Forskning tyder på att även mycket små mängder läkemedel i miljön kan påverka beteendet hos vattenlevande djur och marklevande organismer — och potentiellt även människors hälsa.

Det finns ännu inte hårda bevis för att dessa minimala doser verkligen skadar konsumenter som äter grödor från marker gödslade med biosolids. Men forskarna understryker att många av dessa föreningar är svårnedbrytbara och kan finnas kvar i miljön under mycket lång tid.

Vitrötesvampar: naturens egen enzymfabrik

Forskarteamet vände sig mot organismer som i miljontals år har hanterat ett av naturens hårdaste material — trä. Det handlar om så kallade vitrötesvampar som är berömda för sin förmåga att bryta ner lignin, alltså det mycket motståndskraftiga bindemedlet i trä.

Till skillnad från många bakterier utsöndrar dessa svampar kraftfulla, brett verkande enzymer direkt i omgivningen. De är inte intresserade av en specifik kemisk förening — de attackerar ett helt spektrum av komplexa organiska molekyler och bryter ner dem till mindre, lättare nedbrytbara fragment.

Undersökningen fokuserade på två välkända arter:

• Pleurotus ostreatus — bättre känd som ostronmussling, som säljs i de flesta livsmedelsbutiker,
• Trametes versicolor — en färggrann konsolsvamp som växer på trästubbar och populärt kallas ”kalkonssvamp”.

Båda arterna är väl undersökta, lättillgängliga och har tidigare använts i en lång rad miljöexperiment.

Experimentet med biosolids — så gick det till

Teamet från Johns Hopkins hämtade biosolids från ett kommunalt reningsverk och tillsatte nio läkemedel med verkan på centrala nervsystemet. Bland dem fanns populära antidepressiva medel som citalopram och trazodon.

Det förberedda materialet användes därefter som tillväxtmedium för myceliet från ostronmussling och Trametes versicolor. Svamparna fick växa på slammet i upp till 60 dagar medan forskarna löpande mätte hur mycket av de aktiva läkemedelssubstanserna som fortfarande fanns kvar i proverna.

Resultaten visade att båda svamparterna klarade sig förvånansvärt bra med merparten av de testade läkemedlen — och i många fall sjönk koncentrationen till nästan noll.

Som jämförelse genomfördes även försök i klassiska flytande laboratoriemedier utan biosolids, så att forskarna kunde bedöma hur närvaron av den verkliga ”föroreningsmixen” påverkade nedbrytningseffektiviteten.

Hur effektivt avlägsnar svamparna medicinen?

Efter två månaders svamptillväxt reducerade båda arterna nivån av åtta av nio testade ämnen. Avlägsnadsgraden varierade från cirka 50 procent till nästan fullständig eliminering av det aktuella läkemedlet från biosolids.

Ostronmusslingen presterade särskilt imponerande och ”renade” provet nästan fullständigt från vissa läkemedel. Anmärkningsvärt nog förlöpte nedbrytningen i vissa fall bättre i biosolids än i det enkla, konstgjorda laboratoriemediet. Det är en viktig signal: tester som utförs enbart i flytande medier återspeglar inte nödvändigtvis hur tekniken kommer att fungera under verkliga förhållanden på ett reningsverk.

Lagrar svamparna bara medicinen — eller oskadliggör de den faktiskt?

Forskarna lade särskild vikt vid vad som händer med läkemedelsmolekylerna efter att de kommer i kontakt med svampmyceliet. Den avgörande frågan var: tar svamparna bara upp läkemedlen, eller bryter de verkligen ner dem till mindre skadliga ämnen?

Avancerad masspektrometri gjorde det möjligt att följa den kemiska sammansättningen av proverna över tid. Mer än 40 nya föreningar identifierades som produkter av svampenzymenrnas aktivitet. I många fall skars läkemedelsmolekylerna i mindre fragment eller ”oxiderades” — det vill säga att en syremolekyl lades till strukturen.

En toxicitetsanalys tyder på att nedbrytningsprodukterna generellt är mindre farliga än de ursprungliga läkemedlen — vilket pekar på en verklig avgiftning snarare än bara en förflyttning av problemet.

För en inledande bedömning av de nya föreningarnas potentiella skadlighet använde forskarna ett EPA-baserat kemoinformatikverktyg. Modellen visade att majoriteten av omvandlingsprodukterna sannolikt är säkrare för levande organismer än de ursprungliga aktiva substanserna. Det är en mycket viktig signal för dem som arbetar med miljöpolitik och planering av nya reningsteknologier.

Mykoaugmentering — en ny möjlighet för reningsverk

Begreppet ”mykoaugmentering” dyker upp allt oftare i den vetenskapliga litteraturen. Det handlar om den riktade tillsatsen av svampar till förorenade miljöer för att påskynda nedbrytningen av skadliga föreningar. Studien från Johns Hopkins levererar starka argument för att denna metod även är meningsfull i samband med avloppsslam.

Vitrötesvampar har flera praktiska fördelar jämfört med dyra kemiska teknologier eller avancerade filtersystem:

• De kan växa på fast material som biosolids utan behov av komplex infrastruktur,
• de fungerar under relativt milda förhållanden — höga temperaturer eller tryck är inte nödvändiga,
• de är utbredda i naturen, väl undersökta och billiga att odla,
• de enzymer de producerar kan hantera hela grupper av föreningar — inte bara en enskild förorenande källa.

Från ett reningsverks perspektiv är visionen om en modul där biosolids genomgår en ”svampbehandling” innan spridning på åkrarna mycket tilltalande. Ett sådant steg skulle kunna komplettera befintliga processer och markant höja den totala nivån av miljösäkerhet.

Vad kan gå fel?

Även om resultaten är lovande är vägen till storskalig implementering fortfarande lång. Det är till exempel nödvändigt att undersöka hur svamparna hanterar den fullständiga ”cocktailen” av föroreningar som finns i verkligt slam från olika anläggningar — inte bara nio utvalda läkemedel.

En annan utmaning är att upprätthålla den biologiska balansen. I stora anläggningar är biosolids fullt av bakterier och andra mikroorganismer som kan konkurrera med svampmyceliet om plats och näringsämnen. Det är dessutom nödvändigt att säkerställa att eventuella omvandlingsprodukter inte ansamlas i mark eller vatten på oönskat sätt på lång sikt.

Vad betyder det för den vanliga avloppsanvändaren?

För stadens invånare är denna historia en påminnelse om att en tablett som tas mot sömnproblem eller nedstämdhet inte försvinner spårlöst. En del av den hamnar på reningsverket — och därifrån vidare, i olika former, ut i miljön. Även om doserna i praktiken är minimala bidrar den ökande konsumtionen av antidepressiva medel till att driva forskare att söka efter mer avancerade reningsmetoder.

Denna forskningsinriktning visar samtidigt att inte alla teknologiska problem kräver komplicerad utrustning för att lösas. Ibland räcker det att förstå de organismer som i miljontals år har städat skogarna från döda trädstammar — och överföra deras talang till de platser där vi producerar de största mängderna avfall.

För jordbrukare som använder biosolids skulle en sådan svampbaserad ”förbehandling” i framtiden kunna bli ett argument för att de använder gödsel med en lägre kemisk belastning. För operatörerna av reningsverk kan det bli vägen till att uppfylla allt strängare krav på mikroföroreningar — utan att behöva investera enorma summor i avancerade membranteknologier.

Det finns ytterligare en intressant slutsats gömd i bakgrunden. Samma enzymer som hjälper svampar att attackera lignin och psykiatrisk medicin kan visa sig användbara för nedbrytning av andra ihärdiga föroreningar — till exempel bekämpningsmedel eller vissa ingredienser i kosmetikprodukter. Om kommande studier bekräftar denna metodens effektivitet kan ostronmusslingar och deras ”kusiner” bli ett fast inslag i modern vattenhantering och avfallsbehandling.