Läkemedelsrester hamnar på våra åkrar – och det är ett växande problem
Rester av antidepressiva och andra läkemedel tar sig från reningsverk ut på jordbruksmark. Forskare vid Johns Hopkins University undersökte om vanliga vedlevande svampar kan bryta ned läkemedelssubstanser som finns gömda i reningsverksslam, innan detta slam sprids som gödning.
Antidepressiva och andra psykotropa ämnen är framtagna för att verka i den mänskliga hjärnan – inte i marken. När en tablett sväljs utsöndras de aktiva substanserna ur kroppen, och en del av dem hamnar i avloppssystemet. Det sker även när någon spolar ner gamla mediciner i toaletten.
Reningsverk är duktiga på att avlägsna bakterier och tungmetaller, men komplexa kemiska föreningar från läkemedel passerar i stort sett genom processen utan att förändras.
Vad är biosolider – och varför är de problematiska?
Från avloppsvatten uppstår det som kallas biosolider – slam rikt på kväve, fosfor och organiskt material, som används flitigt som jordförbättringsmedel och gödsel. Med dessa biosolider följer dock en cocktail av farmaceutiska substanser ut på åkrarna.
Vissa studier antyder att växter kan ta upp fragment av dessa föreningar. Forskarna saknar ännu entydiga bevis för att de sedan återvänder till våra tallrikar via maten, men risken för människor och ekosystem ökar kontinuerligt.
Redan mycket små mängder psykotropa läkemedel kan påverka organismers beteende, vilket gör att experter betraktar dem som ett föroreningsproblem som kräver särskild uppmärksamhet. Det är därför forskarna vid Johns Hopkins University sökte efter en lösning som kan neutralisera läkemedelssubstanserna redan på reningsverket.
Varför klarar traditionella reningsverk inte av moderna läkemedel?
Konventionell avloppsreningsteknik utvecklades med sjukdomsframkallande mikroorganismer och enklare kemikalier i åtanke. Biologiska och kemiska system reducerar patogener och metaller utmärkt, men psykotropa läkemedelssubstanser är en helt annan kategori. Det rör sig om komplicerade molekyler som är konstruerade för att hålla länge i kroppen och brytas ned med svårighet.
Resultatet är att reningsverket ofta vinner mot bakterier, men förlorar mot moderna läkemedel. Farmaceutiska föreningar fäster sig vid det organiska materialet i slammet och sitter kvar lugnt genom hela processen. När sådant slam sprids på mark kan det på sikt påverka liv i jord och vatten – och ansamlas i näringskedjan.
Forskargruppen började därför leta efter organismer som kan bryta ned extremt motståndskraftiga substanser. Det visade sig att naturen har en elegant lösning på problemet, i form av en specifik grupp svampar.
Vitrötesvampar fungerar som naturliga bioreaktorer
Forskarteamet satsade på en grupp organismer som under miljontals år löst liknande uppgifter: nedbrytning av extremt tåliga ämnen. Det handlar om så kallade vitrötesvampar, kända för sin förmåga att bryta ned lignin – trädets hårda grundstruktur. Till skillnad från många bakterier, som använder inre enzymer, utsöndrar dessa svampar kraftfulla, ospecifika enzymer till sin omgivning. Dessa enzymer angriper ett brett spektrum av komplexa molekyler.
Vitrötesvamparnas enzymatiska flexibilitet gör att de hanterar läkemedelssubstanser som är hårt bundna till organiskt material i slammet. Studien inkluderade två arter som många känner igen från köket eller skogen: ostronskivling (Pleurotus ostreatus) och fjällticka (Trametes versicolor), även kallad kalkonsvans på grund av fröktkorparnas utseende.
Båda arterna är lättillgängliga, väl dokumenterade och klarar av att växa på en mängd olika substrat – vilket är enormt värdefullt ur reningsverkens perspektiv. Forskarna bedömer dem som idealiska kandidater för praktisk användning i verklig drift.
Så gick experimentet med svampreningsverk till
Forskargruppen tog biosolider från ett kommunalt reningsverk och berikar dem medvetet med en blandning av nio aktiva substanser från psykotropa läkemedel, inklusive populära antidepressiva som citalopram och trazodon. Därefter ympades slammet med mycel från ostronskivling och fjällticka och fick växa i upp till 60 dagar.
Parallellt genomfördes ett kontrollexperiment: samma föreningar löstes i ett laboratoriefluidum utan slam. Detta möjliggjorde en jämförelse av hur läkemedlen beter sig under rena förhållanden jämfört med det verkliga, komplexa materialet från reningsverket.
Under hela försöksperioden användes högupplösande masspektrometri för att mäta koncentrationerna av de enskilda läkemedlen och identifiera molekyler som bildades vid nedbrytningen. Det gav möjlighet att bedöma inte bara om något försvann, utan också vad det omvandlades till. Resultaten överträffade forskarnas – och reningsverkens driftsansvarigs – förväntningar.
Upp till 100 procents effektivitet för vissa läkemedelssubstanser
Båda svamparterna presterade förvånansvärt bra. Var och en av dem bröt ned åtta av de nio testade substanserna, ofta i mycket hög utsträckning:
- I många prover registrerades en koncentrationsminskning på omkring 50 procent efter två månader
- I en del fall rensade svamparna slammet nästan helt från det aktuella läkemedlet
- Ostronskivlingen visade sig vara särskilt effektiv vid nedbrytning av flera antidepressiva, med en effektivitet på över 90 procent
- Vissa substanser bröts ned bättre i verkligt slam än i den idealiskt beredda lösningen
- Den verkliga miljön med sin komplexa kemi och mikrobiologi kan alltså direkt stödja svamparnas enzymer
- Nedbrytningsprodukterna uppvisade lägre toxicitet än de ursprungliga farmaceutiska föreningarna
- Spektrometrisk analys identifierade fler än 40 nya föreningar som bildats under processen
- Den amerikanska miljömyndigheten EPA bekräftade via modellering att de flesta nedbrytningsprodukter är mindre farliga
Forskarna ägnade stor uppmärksamhet åt säkerhetsanalysen av nedbrytningsprodukterna. De identifierade över 40 föreningar som uppstår när svamparna bryter ned läkemedelsmolekylerna – ofta genom att dela upp dem i mindre fragment eller tillföra syreatomer. För att bedöma deras egenskaper använde de ett verktyg från EPA som förutsäger potentiell toxicitet utifrån kemisk struktur.
Mykoaugmentering – ett nytt angreppssätt för avloppsrening
Forskarna talar om mykoaugmentering, det vill säga ett målinriktat förstärkande av reningsprocesser med hjälp av svampar. Ur ett praktiskt perspektiv är konceptet attraktivt: vitrötesvampar kräver relativt enkla substrat, tål varierande temperaturer och fuktighet, och producerar enzymer som är verksamma mot ett brett spektrum av föreningar. Dessutom behöver de varken dyra kemikalier eller avancerad teknisk utrustning.
Sådana svampmoduler skulle i framtiden kunna integreras i befintliga processlinjerna för biosolidbehandling. Det kan exempelvis ske via extra mognadsstadierna för slam i tunnlar, vallar eller behållare, där myceliet ges tid att arbeta innan gödseln når åkern. För lantbrukare skulle det innebära möjligheten att utnyttja slammetsnäringsinnehåll med lägre risk för att psykotropa substanser förs in i marken.
För befolkningen skulle det innebära en minskad risk för att mikroskopiska mängder antidepressiva och andra läkemedel cirkulerar mellan avlopp, jord, vatten och livsmedel. För vattenlevande och marklevande organismer skulle det innebära ett minskat inflytande av ämnen som påverkar nervsystemen. Forskarteamet vid Johns Hopkins University är övertygade om att detta tillvägagångssätt markant kan förändra hur vi hanterar reningsverksslam.
Hur långt är vi från att tekniken används i verkligheten?
Studien från Johns Hopkins University visar på en lovande potential, men vi befinner oss fortfarande i ett förimplementeringsskede. Innan reningsverk på allvar börjar odla ostronskivling i sitt slam behöver flera praktiska frågor besvaras: hur stabil är effektiviteten under varierande förhållanden, vad kostar det i stor skala, och hur enkelt kan processen integreras i befintliga anläggningar och regelverk.
Samtidigt passar konceptet väl in i en bredare trend av att söka biologiska bundsförvanter i kampen mot svårnedbrytbara föroreningar. Mikroorganismer används sedan länge för att bryta ned olja, bekämpningsmedel och färgämnen. Nu börjar liknande metoder tillämpas på avancerade läkemedel, som våra samhällen använder i allt större utsträckning.
Ingen enskild lösning kan dock eliminera problemet med läkemedel i miljön helt och hållet. Även de mest effektiva svamparna ersätter inte ett förnuftigt hanterande av mediciner – att inte spola tabletter i toaletten, begränsa överförskrivning och utveckla preparat som lättare bryts ned biologiskt. Svampreningsverk kan ändå vara en viktig pusselbit i ett större sammanhang där teknik, medicin och ekologi äntligen börjar dra åt samma håll. Kanske lär vi oss snart att utnyttja svamparnas naturliga förmågor även för att skydda vårt dricksvatten och vår mat.
