Ett dolt problem: mediciner som återvänder till våra tallrikar

Antidepressiva och andra psykoaktiva läkemedel är konstruerade för att verka i den mänskliga hjärnan – inte i jordbruksmarken. När vi sväljer en tablett utsöndras de aktiva ämnena från kroppen och hamnar i avloppet. Detsamma inträffar när någon spolar utgångna mediciner i toaletten. Avloppsreningsverk är skickliga på att eliminera bakterier och tungmetaller, men komplexa kemiska föreningar från läkemedel passerar nästan opåverkade genom reningsprocessen.

Från avloppsvattnet bildas så kallade biosolider – slam rikt på kväve, fosfor och organiskt material, som används flitigt som gödsel och jordförbättringsmedel. Men med dem följer också en cocktail av farmaceutiska ämnen ut på åkrarna. Vissa studier indikerar att växter kan ta upp rester av dessa föreningar. Forskarna har ännu inte entydig dokumentation för att de sedan återvänder till våra tallrikar via maten – men risken för människor och ekosystem växer stadigt.

Även mycket små mängder psykotropa läkemedel kan påverka organismers beteende, och de är därför utpekade som förorenande ämnen som kräver särskild uppmärksamhet.

Varför klassiska reningsverk kommer till korta mot mediciner

Traditionella reningsteknologier utvecklades med sjukdomsframkallande mikroorganismer och enklare kemiska föreningar i åtanke. Biologiska och kemiska system är utmärkta för att reducera patogener och metaller, men psykotropa läkemedel befinner sig i en helt annan liga. Det handlar om komplexa molekyler, konstruerade för att hålla sig kvar i kroppen under lång tid och motstå nedbrytning.

Resultatet blir att reningsverket ofta vinner över bakterier, men förlorar kampen mot modern medicin. Farmaceutiska föreningar fäster sig vid det organiska materialet i slammet och sitter kvar genom hela processen. När detta slam sprids på åkrarna kan ämnena på sikt påverka jord- och vattenlivet och ackumuleras i näringskedjan.

Vitrötesvampar: naturens egna bioreaktorer

Ett forskarteam från Johns Hopkins University satsade på en grupp organismer som under miljontals år har löst liknande uppgifter: nedbrytning av extremt motståndskraftiga ämnen. Det rör sig om så kallade vitrötesvampar, som är kända för att kunna bryta ner lignin – träets hårda ”skelett”. Till skillnad från många bakterier som använder interna enzymer, utsöndrar dessa svampar kraftfulla, ospecifika enzymer till omgivningen, vilka angriper ett brett spektrum av komplexa molekyler.

Flexibiliteten i vitrötesvamparnas enzymer gör dem särskilt lämpade för att hantera läkemedel som är tätt bundna till organiskt material i slam.

Till försöket valde man två arter som många känner igen från köket eller naturfotografier:

Pleurotus ostreatus – ostronskivling, en populär matsvamp;
Trametes versicolor – fjällticka, också kallad ”kalkonsvans” på grund av fruktkropparnas utseende.

Båda arterna är lättillgängliga, väldokumenterade och kan växa på många olika substrat – något som är av stor betydelse sett från ett reningsverks perspektiv.

Så genomfördes experimentet med det ”svampbaserade reningsverket”

Forskarna tog biosolider från ett kommunalt reningsverk och berikade dem medvetet med en blandning av nio aktiva ämnen från psykotropa läkemedel, däribland populära antidepressiva som citalopram och trazodon. Därefter inokulerade de slammet med mycelium från ostronskivling och fjällticka och lät det växa i upp till 60 dagar.

Parallellt genomförde man ett kontrollförsök där samma föreningar löstes upp i en laboratorielösning utan slam. Det möjliggjorde en jämförelse av hur läkemedlen beter sig under ”rena” förhållanden jämfört med det komplexa, verklighetstrogna materialet från reningsverket.

Under hela försöksperioden användes högupplöst masspektrometri för att mäta koncentrationerna av de enskilda läkemedlen och identifiera molekyler som bildats vid nedbrytning. Därigenom kunde man bedöma inte bara om något försvann, utan också vad det förvandlades till.

Resultatet: upp till 100% borttagning av vissa läkemedel

Båda svamparterna klarade sig överraskande bra. Var och en av dem bröt ner åtta av nio undersökta ämnen, ofta i mycket hög grad:

I många prover registrerades en koncentrationsminskning på omkring 50% efter två månader.
I en del fall renade svamparna slammet nästan fullständigt från det aktuella läkemedlet.
Ostronskivling visade sig särskilt effektiv mot flera antidepressiva – den avlägsnade över 90% av dem.

Intressant nog bryts vissa ämnen ner bättre i det ”smutsiga” slammet än i den idealiskt preparerade laboratorielösningen. Det är ett tecken på att den verkliga miljön – med all sin kaotiska kemi och mikrobiologi – faktiskt kan stödja svamparnas enzymatiska arbete.

Bildas det nya, ännu farligare toxiner?

Den vanligaste invändningen mot många reningsmetoder lyder: ”I stället för en förorening skapar vi en annan, kanske farligare.” Därför lade detta projekt stor vikt vid att analysera nedbrytningsprodukternas sammansättning. Forskarna identifierade över 40 föreningar som uppstår när svamparna ”knäcker” läkemedelsmolekylerna – ofta genom att klippa dem i mindre fragment eller tillsätta syreatomer.

För att bedöma dessa produkters egenskaper användes ett verktyg från den amerikanska miljömyndigheten EPA, som utifrån kemisk struktur förutsäger potentiell toxicitet. Den stora majoriteten av nedbrytningsprodukterna bedöms i dessa analyser som mindre skadliga än de ursprungliga föreningarna. Det är ett starkt argument för att den svampbaserade ”reningen” faktiskt reducerar faran i stället för att bara flytta den från en form till en annan.

Toxikologiska analyser tyder på att svampmyceliet inte bara gömmer läkemedlen i sin massa, utan verkligen neutraliserar dem genom att omvandla dem till mindre farliga partiklar.

Mycoaugmentation – ett nytt begrepp i reningsverkens ordförråd

Forskarna talar om mycoaugmentation – det vill säga målmedveten förstärkning av reningsprocesser med hjälp av svampar. Konceptet är attraktivt i praktiken, eftersom vitrötesvampar besitter en rad egenskaper som är särskilt relevanta för avloppsreningsverk:

De växer på fast material – de kan inokuleras direkt i avloppsslammet.
Ospecifika enzymer – de hanterar ett brett spektrum av läkemedel, inte bara en enskild förening.
Låg energiförbrukning – processen kan fungera utan kostsam utrustning och hög strömförbrukning.
Utbredda i naturen – de är lättillgängliga och potentiellt enkla att skala upp.

Sådana ”svampbaserade moduler” skulle i framtiden kunna integreras i befintliga behandlingslinjer för biosolider. Till exempel via extra mognadsfaser, där myceliet får tid att arbeta i tunnlar, komposthögar eller containrar, innan gödseln sprids på åkrarna.

Vad betyder det för jordbruket och människors hälsa

I dag är biosolider i många länder ett viktigt element i den cirkulära ekonomin: i stället för att kassera slammet används det för att förbättra jordens fertilitet. Samtidigt ökar trycket för att begränsa den kemiska ”bagaget” som följer med det ut i miljön. Om svampbaserade teknologier kan vidareutvecklas, kommer jordbrukare att kunna dra nytta av slammets näringsvärde med en mindre risk för att introducera en cocktail av psykotropa ämnen på åkrarna.

För medborgarna skulle det innebära en minskad sannolikhet för att mikrospår av antidepressiva och andra läkemedel cirkulerar mellan avlopp, jord, vatten och mat. För vatten- och jordorganismer skulle det innebära en lägre exponering för ämnen som ingriper i nervsystemet.

Hur nära är vi en verklig implementering

Forskningen från Johns Hopkins visar en stor potential, men den befinner sig fortfarande på ett pre-implementeringsstadium. Innan avloppsreningsverk faktiskt börjar ”så” ostronskivling i sitt slam måste en rad praktiska frågor besvaras: Hur stabil är effektiviteten under varierande förhållanden? Vad blir kostnaderna i stor skala? Kan processen enkelt integreras i befintliga anläggningar och uppfylla gällande regler?

Själva konceptet ingår i en bredare trend mot att söka biologiska allierade i kampen mot svårhanterliga föroreningar. Mikroorganismer används redan för nedbrytning av olja, bekämpningsmedel och färgämnen. Nu börjar en motsvarande ansats omfatta avancerade läkemedel, som vårt samhälle använder i ständigt stigande mängder.

För den vanliga läsaren kan ämnet kanske låta abstrakt, men analogin är enkel: precis som svampmycelium kan ”äta upp” en gammal trädstam i skogen, kan det under kontrollerade förhållanden gradvis ”förtära” läkemedelsmolekyler som fångats i avloppsslam. Skillnaden är att det i stället för ett ruttet träd är ämnen vi inte önskar i jord och vatten som försvinner.

Det är viktigt att komma ihåg att ingen enskild lösning kan lösa problemet med läkemedel i miljön. Även de mest effektiva svamparna kan inte ersätta förnuftig läkemedelshantering – det vill säga att undvika att spola tabletter i toaletten, minska överförbrukning av recept och utveckla preparat som bryts ner lättare biologiskt. Svampbaserade reningsverk kan dock bli en viktig pusselbit i ett större pussel, där teknologi, medicin och ekologi äntligen börjar spela på samma lag.