Läkemedelsrester i avloppsvattnet – ett dolt problem från våra badrum
Forskare vid Johns Hopkins University har upptäckt att välkända vedlevande svampar kan bryta ner rester av psykotropa läkemedel i avloppsslam. Om metoden kan skalas upp skulle lantbrukare kunna få ett säkrare gödningsmedel – och läkemedel skulle spridas i betydligt mindre utsträckning i naturen.
Antidepressiva, ångestdämpande medel och andra substanser som påverkar hjärnan är precist utformade för att förändra nervsystemets kemi. De tas upp av kroppen, gör sitt jobb och utsöndras sedan via urin och avföring. Till det tillkommer gamla tabletter som spolas ned i toaletten i stället för att lämnas till apotek.
Allt detta hamnar i reningsverk. Där renas vattnet och den tjockare fraktionen bildar så kallade bioslam – stabiliserat slam rikt på kväve, fosfor och organiskt material. I många länder, däribland USA, används detta som gödningsmedel och jordförbättringsmedel på åkrar.
Bioslam är ett värdefullt gödningsmedel, men kan innehålla spårhalter av läkemedel, inklusive antidepressiva och andra psykoaktiva substanser. Konventionella reningsmetoder hanterar sjukdomsframkallande bakterier och tungmetaller väl. Däremot klarar de sig betydligt sämre mot komplexa organiska föreningar som moderna läkemedel. En del av dessa bryts nästan inte ned alls och passerar hela processen för att slutligen hamna på åkrarna tillsammans med gödslet.
Varför forskare oroar sig även för spårkoncentrationer
Forskare betonar att det fortfarande saknas entydiga data om huruvida läkemedel från bioslam verkligen tas upp av grödor i tillräckliga mängder för att skada dem som äter maten. Det finns inga hårda bevis för en direkt risk för folkhälsan.
Ändå väcker frågan allt större oro. Läkemedel som verkar på hjärnan är utvecklade för att förändra kroppens kemi redan vid mycket låga doser. Om sådana substanser systematiskt börjar ta sig in i dricksvatten eller livsmedel kan effekten bli svår att förutsäga – inte minst eftersom vi talar om en blandning av många olika preparat.
Till det kommer risken för vattenlevande organismer. Globala studier har tidigare visat att spårhalter av vissa läkemedel påverkar beteendet hos fiskar, ryggradslösa djur och mikroorganismer i marken. Forskare vid University of Michigan fann exempelvis att sertralin förändrar fortplantningsförmågan hos vattenlevande kräftdjur.
Vitrötesvampar – naturens egna "kemiska upplösare"
Teamet vid Johns Hopkins satsade på organismer som under miljontals år har specialiserat sig på att bryta ned en av naturens hårdaste strukturer: trä. Det rör sig om så kallade vitrötesvampar. I naturen angriper de trädstammar och bryter ned lignin – den styvna polymer som ger trä dess hårdhet.
Nyckeln ligger i enzymerna. Dessa svampar utsöndrar extremt kraftfulla men föga selektiva biokatalysatorer i sin omgivning. De är inte anpassade till en enda kemisk förening utan kan attackera hela grupper av svårnedbrytbara molekyler. Det gör dem utmärkta på trä, men de kan lika gärna ta sig an läkemedel som fastnat på organiskt material i bioslamet.
Forskare vid Stanford University visade tidigare att enzymerna ligninperoxidas och manganperoxidas kan klyva strukturer liknande vissa föroreningar. Det forskningsteam som leddes av dr Suzanne Osborne analyserade just denna mekanism i detalj.
Ostronskivling och turkkonsolsvamp – välkända arter i en ny roll
I studien användes två mycket välkända arter. Pleurotus ostreatus är den välbekanta ostronskivlingen som odlas kommersiellt och säljs i butiker. Trametes versicolor är den färgstarka svamp som växer på trädstammar och på svenska kallas turkkonsolsvamp eller fjällticka.
Båda arterna växer lätt på fasta substrat, är väl dokumenterade och allmänt tillgängliga. Det är viktigt ur ett praktiskt perspektiv – det handlar inte om exotiska kuriositeter utan om organismer som faktiskt kan introduceras i anläggningar som hanterar avloppsslam. Centret för svampforskning vid Penn State University studerar just dessa arter för bioremediering på lång sikt.
Så gick experimentet med bioslam till
Forskarna hämtade bioslam från ett kommunalt reningsverk och tillsatte sedan nio olika psykotropa läkemedel, däribland vanliga antidepressiva som citalopram och trazodon. Det simulerade den typiska kontaminationsprofil man faktiskt kan stöta på i slam.
På det sålunda förberedda substratet ympades mycel av ostronskivling och turkkonsolsvamp. Svamparna fick upp till sextio dagar på sig att kolonisera bioslamet och aktivera sina enzymer. Efter två månader hade båda arterna avlägsnat de flesta av de undersökta läkemedlen, och i flera fall bröt de ned dem nästan fullständigt.
Som jämförelse genomfördes även försök i flytande laboratoriemedier utan bioslam. Det möjliggjorde en kontroll av hur svamparna uppförde sig under idealiska förhållanden jämfört med det "smutsiga", verkliga materialet från reningsverket.
Vad som faktiskt lyckades brytas ned
Resultaten visade sig vara förvånansvärt goda för en så enkel metod. Varje svampart avlägsnade åtta av nio läkemedel. Effektiviteten varierade från ungefär femtio procent upp till nästan hundra procent efter sextio dagars kontakt med bioslamet.
Ostronskivlingen visade sig vara särskilt effektiv och avlägsnade i flera fall av antidepressiva över nittio procent av den ursprungliga mängden aktiv substans. Dr Timothy Bowden från forskningsteamet beskrev resultaten som utomordentligt lovande.
Att ett läkemedel försvinner från lösningen räcker dock inte för att tala om framgång. Det kan hända att en kemisk förening exempelvis binder till slamet men fortfarande är aktiv och kan frigöras igen om förhållandena förändras.
Inte bara absorption – utan verklig avgiftning
Därför använde studien högupplöst masspektrometri för att spåra vad som händer med läkemedelsmolekylerna. Analysen visade att svamparna inte bara "gömde undan" läkemedlen utan omvandlade dem intensivt. Mer än fyrtio nya nedbrytningsprodukter identifierades som uppstod under enzymernas verkan.
Många av dessa reaktioner följde ett karakteristiskt mönster: stora molekyler splittrades i mindre, syreatomer adderades eller förändringar skedde i aromatiska ringar. Det är typiskt för vitrötesvampars enzymer, som fungerar ungefär som aggressiva men naturliga "rengöringsmedel".
Toxikologiska modeller antyder att de flesta nedbrytningsprodukterna har lägre toxicitet än de ursprungliga läkemedlen, vilket innebär en reell riskminskning. För att bedöma de potentiellt skadliga egenskaperna hos dessa produkter använde forskarna ett kemoinformatikbaserat farobedömningsverktyg från den amerikanska miljömyndigheten. Förutsägelserna visade att de nya föreningarna i allmänhet uppvisar lägre toxicitet än de ursprungliga läkemedlen.
Varför tester i verkligt bioslam är så betydelsefulla
Mycket av den tidigare forskningen om bioremediering av läkemedel utgick från sterila, rena lösningar. Under sådana förhållanden är det lätt att uppnå imponerande resultat, men i praktiken misslyckas metoden sedan ofta. Bioslam är tjockt, fullt av andra organiska föreningar och mineraler, och dessutom lever en mängd mikroorganismer i det som tävlar om utrymme och näring.
I denna studie utsattes svamparna avsiktligt för den verkliga "blandningen" från reningsverket. Det visade sig att vissa föreningar bryts ned ännu snabbare i en sådan miljö än i enkla flytande medier. Det är en viktig signal om att processen i framtiden kan kopplas samman med befintliga slambehandlingsanläggningar.
Forskare vid Massachusetts Institute of Technology testar redan liknande metoder med andra svampartarter på förorenad mark, och professor Michael Liebhold har antytt möjligheten till kommersiell tillämpning inom fem år.
Mycoaugmentering – svampar som ett nytt reningssteg
Forskarna talar om så kallad mycoaugmentering, det vill säga ett målinriktat användande av svampar för att förbättra kvaliteten på förorenat material. I praktiken skulle det kunna innebära ett tillägg av ett "genomväxningssteg" där bioslamet koloniseras av mycel innan det skickas ut till åkrarna.
Vitrötesvampar växer väl på fasta substrat och kräver varken avancerad utrustning eller hög energiförbrukning. I många anläggningar skulle de kunna införas som en relativt billig process – det räcker med att kontrollera fuktighet, temperatur och uppehållstid i särskilt iordningställda kamrar.
- Låg kostnad jämfört med avancerad kemi eller membranfilter
- Användning av organismer som naturligt förekommer i ekosystemen
- Möjlighet att bryta ned hela grupper av föreningar, inte bara enskilda läkemedel
- Enklare integrering i befintliga slambehandlingslinjer
- Minimal produktion av biprodukter och avfall
- Möjlighet till kombination med aerob rötning
Vad detta kan betyda för jordbruk och städer
För lantbrukare är bioslam en attraktiv form av gödningsmedel – det innehåller värdefulla näringsämnen, hjälper till att förbättra jordstrukturen och håller kvar vatten. Allt fler frågar sig dock om vi inte, tillsammans med de positiva effekterna, för ut en cocktail av substanser på åkrarna som en gång skapades för att behandla människor – inte för att vattna morötter eller vete.
Om svamparnas "kemiska tvättmaskin" inarbetas som standard i reningsverk skulle bioslamet kunna nå åkrarna med en avsevärt lägre last av läkemedel. Det är en chans att bevara fördelarna med bioslam och samtidigt dämpa de kontroverser som omgärdar dess säkerhet. Miljödepartementet i Oregon överväger redan ett pilotprogram.
För städer skulle det innebära ytterligare ett verktyg för att hantera den ökande mängden läkemedel i avloppsflödena. Befolkningar åldras, läkemedelsförbrukningen stiger och avloppssystemen är inte rustade för det. Svampar kan bli en del av en bredare strategi – vid sidan av information till allmänheten om att lämna in gamla läkemedel till apotek och utveckling av ny reningsteknologi.
Vad som återstår att undersöka och vad man bör ha i åtanke
Innan ostronskivling och turkkonsolsvamp blir en fast del av kommunal infrastruktur måste ingenjörerna verifiera flera saker. För det första hur processen beter sig i industriell skala: i stora silos och vid varierande slamsammansättning. För det andra om nedbrytningsprodukterna verkligen förblir mindre toxiska vid fullskaliga doser och blandningar – inte bara i datormodeller.
Det är också värt att komma ihåg att läkemedel bara är en grupp av föroreningar. I bioslam förekommer även bekämpningsmedel, tvättmedel och tillsatser från plaster. En del av dessa kan också brytas ned av vitrötesvamparnas enzymer, medan andra kräver helt andra avlägsnandemetoder.
För den genomsnittliga krananvändaren har den här berättelsen ett praktiskt budskap: undvik att spola ned tabletter i toaletten eller hälla sirap i vasken. Inte ens de flitigaste svamparna klarar en okontrollerad lavin av kemikalier från våra badrum. Systemet fungerar effektivast när förnuftigt beteende i hemmet kombineras med smart användning av biologiska och teknologiska verktyg – inte ens det modernaste reningsverket hjälper om vi spolar ned stora mängder läkemedel i avloppet.
