Forskare från Johns Hopkins University har undersökt om svampar kan rensa farmaceutiska rester från slam innan det sprids som gödsel på åkrar. Resultaten visar att svamparnas enzymer kan bryta ner upp till 99 procent av vissa antidepressiva läkemedel.

Nutida psykiatriska mediciner är framtagna för att verka kraftfullt på hjärnan och stanna kvar i kroppen under lång tid. Efter delvis utsöndring hamnar de i avloppssystemet, och en hel del oanvända tabletter spolas fortfarande ner i toaletten. I reningsverk försvinner det mesta av föroreningarna, men inte alla aktiva ämnen från mediciner kan neutraliseras lika lätt.

Efter rening blir det kvar ett tjockt material som är rikt på näringsämnen – så kallat biofast avfall, alltså bearbetat avloppsslam. I USA och många andra länder används det som gödsel och jordförbättrare. Tillsammans med det kan spårbara mängder medicin hamna på fälten, inklusive antidepressiva medel och lugnande preparat.

Studier tyder på att även små mängder medicin i miljön kan påverka vattenlevande och marklevande djurs beteende, och potentiellt också människors hälsa. Ännu saknas hårda bevis för att sådana doser verkligen skadar konsumenter av livsmedel från fält gödda med biofast avfall. Forskare betonar dock att många av dessa föreningar är svåra att bryta ner och kan hänga kvar i miljön under lång tid.

Varför vitrötesvampar är naturens kemiska fabriker

Forskarteamet valde att använda organismer som i miljontals år har klarat av ett av naturens hårdaste material – trä. Det handlar om så kallade vitrötesvampar, som är berömda för sin förmåga att bryta ner lignin, det mycket motståndskraftiga bindemedlet i trä.

Till skillnad från många bakterier utsöndrar dessa svampar starka, ospecifika enzymer till omgivningen. De intresserar sig inte för en enskild förening. De angriper hela spektrumet av komplicerade organiska molekyler och bryter ner dem till mindre, normalt lättare nedbrytbara delar.

Forskarna fokuserade på två populära arter. Pleurotus ostreatus är känd från svenska mataffärer som ostronskivling. Trametes versicolor är en färgglad ticka som växer på trädstammar och ofta kallas fjärilsticka. Båda arterna är väldokumenterade, lättillgängliga och har länge använts i olika miljöexperiment.

Så här fungerade försöket med avloppsslam och svampar

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

Det beredda materialet användes som odlingsmedium för myceliet från ostronskivling och Trametes versicolor. Forskarna lät svamparna växa på slammet i upp till 60 dagar. Under den perioden mätte de regelbundet hur mycket av de aktiva ämnena som fortfarande fanns kvar i provet.

Resultaten visade att båda svamparterna klarade av större delen av de testade läkemedlen, och i många fall sjönk koncentrationen nästan till noll. Som jämförelse genomförde forskarna också försök i klassiskt flytande laboratoriesubstrat utan biofast avfall. Det gjorde det möjligt att kontrollera hur närvaron av en verklig blandning av föroreningar påverkade nedbrytningens effektivitet.

Hur effektivt avlägsnar svamparna medicin från avloppsvatten

Efter två månaders mycelietillväxt hade båda arterna reducerat nivån av åtta av nio undersökta ämnen. Avlägsnandegraden varierade från omkring 50 procent till nästan fullständig eliminering av det aktuella läkemedlet från det biofasta avfallet.

Ostronskivling presterade särskilt bra och renade praktiskt taget provet från vissa farmaceutiska ämnen. Intressant nog förløp nedbrytningen av medicin i vissa fall bättre i närvaro av biofast avfall än i en enkel, konstgjord lösning. Det är en signal om att tester endast i vätska inte alltid visar hur teknologin kommer att fungera under verkliga förhållanden i ett reningsverk.

Forskarna tittade också på vad som händer med läkemedelsmolekylerna efter kontakt med myceliet. Den centrala frågan var om svamparna bara absorberar farmaceutiska ämnen, eller om de faktiskt bryter ner dem till mindre skadliga beståndsdelar.

Bryter svamparna ner medicinen eller gömmer de bara undan den

Med hjälp av avancerad masspektrometri kunde forskarna spåra hur provernas kemiska sammansättning förändrades över tid. De identifierade över 40 nya föreningar som uppstod som följd av svampenzymernaS verkan. I många fall blev läkemedelsmolekylerna klippta i mindre fragment eller oxiderade – en syremolekyl adderades.

Analys av toxicitet tyder på att nedbrytningsprodukterna normalt är mindre farliga än de ursprungliga läkemedlen, vilket indikerar verklig avgiftning och inte bara förflyttning av problemet till ett annat ställe. För inledande bedömning av dessa nya föreningars potentiella skadlighet använde forskarna ett EPA-verktyg baserat på kemoinformatik. Modellen visade att de flesta omvandlingsprodukterna borde vara säkrare för levande organismer än de originala aktiva ämnena.

Det är en mycket viktig signal för personer som är ansvariga för miljöpolitik och planering av nya reningsteknik. I den vetenskapliga litteraturen dyker begreppet mykoaugmentering upp allt oftare. Det handlar om medveten introduktion av svampar i förorenade miljöer för att påskynda nedbrytningen av skadliga föreningar. Studien från Johns Hopkins University levererar starka argument för att en sådan metod också ger mening i samband med avloppsslam.

Vitrötesvampar har flera praktiska fördelar jämfört med dyra kemiska tekniker eller avancerade filter:

De kan växa på fast material som biofast avfall utan behov av komplicerad infrastruktur

De verkar under relativt milda förhållanden utan behov av höga temperaturer eller högt tryck

De är utbredda i naturen och välutforskade, och deras odling är billig

De enzymer de producerar klarar hela grupper av föreningar, inte bara en enskild förorening

De kräver minimalt underhåll och kan integreras i befintliga processer

Deras mycelium kan återanvändas eller komposteras efter användning

Från ett reningsverks synvinkel är visionen om en modul där biofast avfall genomgår en svampbehandling innan utkörning till fält tilltalande. Ett sådant steg skulle kunna komplettera befintliga processer och höja den allmänna miljösäkerhetsnivån.

Vilka utmaningar måste lösas före storskalig implementering

Även om resultaten låter lovande är vägen till implementering i stor skala fortfarande lång. Man måste till exempel kontrollera hur svamparna klarar hela soppan av föroreningar i riktigt slam från olika reningsverk, inte bara nio läkemedel.

Ett annat problem är att upprätthålla den biologiska balansen. I stora anläggningar är biofast avfall fyllt med bakterier och andra mikroorganismer som kan konkurrera med myceliet om plats och näringsämnen. Man måste också försäkra sig om att eventuella omvandlingsprodukter från farmaceutiska föreningar inte ackumuleras i jord eller vatten på ett oönskat sätt på längre sikt.

Forskare från Johns Hopkins University påpekar också behovet av långvariga fältförsök på kommersiella reningsverk. Laboratorieförhållanden är kontrollerade, men verkliga anläggningar möter variationer i temperatur, pH-värde och sammansättning av inkommande avloppsvatten. Dessutom måste man testa om svamparnas effektivitet håller sig över flera cykler av behandling.

Vad betyder det här för dig som konsument och samhället

För stadsbor är denna historia en påminnelse om att den tablett du tar för att sova eller förbättra humöret inte försvinner spårlöst. En del hamnar i reningsverket och därifrån vidare i olika former till miljön. Även om doserna i praktiken är minimala gör den ökande användningen av antidepressiva medel att forskare börjar leta efter nya, mer sofistikerade reningsmetoder.

Samtidigt visar denna forskningsinriktning att inte varje teknologisk gåta måste lösas med komplicerad apparatur. Ibland räcker det att förstå organismer som i miljontals år har städat upp i skogar efter döda trädstammar, och överföra deras talang till platser där vi skapar de största mängderna avfall.

För lantbrukare som använder biofast avfall skulle en sådan svampförbehandling i framtiden kunna bli ett argument för att de använder gödsel med lägre kemisk belastning. För operatörer av reningsverk skulle det kunna bli ett sätt att uppfylla allt strängare normer för mikroföroreningar utan att behöva göra gigantiska investeringar i avancerade membrantekniker.

I bakgrunden finns det ytterligare en intressant slutsats. Samma enzymer som hjälper svampar att angripa lignin och psykiatrisk medicin kan visa sig användbara för nedbrytning av andra hårdnackade föroreningar – till exempel växtskyddsmedel eller vissa kosmetiska ingredienser. Om ytterligare studier bekräftar effektiviteten av ett sådant tillvägagångssätt kan ostronskivling och deras släktingar bli ett fast inslag i modern avloppshantering.