Svampar som naturlig lösning på ett växande miljöproblem
Forskare vid Johns Hopkins University undersökte om vanliga vedsvampar kan bryta ned rester av läkemedel i avloppsslam – innan detta material sprids som gödning på åkermark.
Moderna antidepressiva och ångestdämpande medel är konstruerade för att verka kraftfullt på nervsystemet och stanna länge i kroppen. När de delvis utsöndras hamnar de i avloppet, och en del oanvända tabletter spolas fortfarande ned i toaletten. Reningsverk tar hand om de flesta föroreningar, men inte alla verksamma läkemedelssubstanser går att avlägsna på ett effektivt sätt.
Efter reningen återstår ett näringsrikt, tjockt material – så kallat biosolid eller rötat avloppsslam. I USA och många andra länder används detta som jordförbättringsmedel och gödning. Tillsammans med det kan spårmängder av läkemedel, däribland antidepressiva och lugnande medel, spridas ut på odlingsmark.
Hur vitrötesvampar fungerar som naturliga enzymfabriker
Forskargruppen vände sig till organismer som i miljontals år har hanterat ett av naturens mest motståndskraftiga material – trä. Det handlar om så kallade vitrötesvampar, kända för sin förmåga att bryta ned lignin, det extremt sega ”bindemedlet” i trä.
Till skillnad från många bakterier utsöndrar dessa svampar kraftfulla och relativt odiskriminerande enzymer ut i sin omgivning. De söker inte efter en specifik förening – de attackerar ett brett spektrum av komplexa organiska molekyler och delar upp dem i mindre, oftast lättare nedbrytbara delar.
Forskarnas fokus låg på två välkända arter. Pleurotus ostreatus, känd som ostronskivling, och Trametes versicolor, den färggranna hattsvamp som växer på trädstammar och ofta kallas fjällticka. Båda arterna är välstuderade, lättillgängliga och har länge använts i olika miljövetenskapliga experiment.
Hur försöket med avloppsslammet gick till
Teamet från Johns Hopkins hämtade biosolid från ett kommunalt reningsverk och tillsatte nio läkemedel som verkar på det centrala nervsystemet. Bland dem fanns bland annat det populära antidepressivumet citalopram och trazodon.
Det förberedda materialet användes sedan som underlag för mycelietillväxt hos ostronskivling och fjällticka. Svamparna fick växa i upp till sextio dagar, och under den tiden mättes regelbundet hur mycket av de verksamma substanserna som återstod i proverna.
Resultaten visade att båda arterna klarade av att hantera de flesta testade läkemedlen, och i många fall sjönk koncentrationerna till nära noll. För jämförelsens skull genomfördes även experiment i ett klassiskt flytande laboratoriemedium utan biosolid, vilket gjorde det möjligt att bedöma hur den verkliga ”blandningen” av föroreningar påverkade nedbrytningseffektiviteten.
Hur stor andel av läkemedlen tar svamparna faktiskt bort
Efter två månaders myceliearbete hade båda arterna minskat koncentrationen av åtta av nio undersökta substanser. Graden av avlägsnande varierade från ungefär femtio procent upp till nästan fullständig eliminering av respektive läkemedel från biosoliden.
Ostronskivlingen presterade särskilt väl och rensade i princip bort vissa läkemedel helt. Intressant nog förekom det att nedbrytningen fungerade bättre i närvaro av biosolid än i en enkel artificiell lösning. Det tyder på att tester enbart i vätska inte alltid speglar hur tekniken fungerar under verkliga reningsverksförhållanden.
Forskargruppen ägnade särskild uppmärksamhet åt vad som händer med läkemedelsmolekylerna när de kommer i kontakt med myceliet. Kärnfrågan var om svamparna verkligen bryter ned farmaceutika till mindre skadliga komponenter, eller om de bara absorberar dem. Avancerad masspektrometri användes för att följa hur den kemiska sammansättningen förändrades över tid.
Mer än fyrtio nya föreningar identifierades som uppstod till följd av svampenzymernas aktivitet. I många fall klövs läkemedelsmolekylerna i mindre fragment eller oxiderades – en syreatom adderades till molekylen. Toxicitetsanalysen tyder på att nedbrytningsprodukterna generellt är mindre farliga än ursprungsläkemedlen, vilket pekar på en verklig avgiftning snarare än att problemet bara förflyttas.
Mykoaugmentering som en ny möjlighet för reningsverk
Begreppet mykoaugmentering dyker allt oftare upp i vetenskaplig litteratur. Det handlar om att medvetet introducera svampar i förorenade miljöer för att påskynda nedbrytningen av skadliga föreningar. Studien från Johns Hopkins ger starka argument för att en sådan metod är meningsfull även för avloppsslam.
Vitrötesvampar har flera praktiska fördelar jämfört med dyra kemiska teknologier eller avancerade filter:
- de kan växa på fast material som biosolid utan behov av komplicerad infrastruktur
- de fungerar under relativt milda förhållanden utan höga temperaturer eller tryck
- de är vanliga i naturen, väl utforskade och billiga att odla
- de enzymer de producerar hanterar hela grupper av föreningar, inte bara en enda förorening
- de kräver varken el eller specialreaktorer i rostfritt stål
- myceliet kan efter avslutad process komposteras eller användas för att producera substrat
För reningsverk är visionen om en modul där biosolid genomgår en ”svampkur” före spridning på åkermark mycket tilltalande. Ett sådant steg skulle kunna komplettera befintliga processer och höja den övergripande miljösäkerhetsnivån.
Vilka utmaningar kan försvåra storskalig användning av svampar
Även om resultaten låter lovande är vägen till storskalig implementering fortfarande lång. Det behöver bland annat verifieras hur svamparna klarar hela ”soppan” av föroreningar som finns i verkligt slam från olika reningsverk – inte bara nio utvalda läkemedel.
En annan utmaning är att upprätthålla den biologiska balansen. I stora installationer är biosolid fyllt av bakterier och andra mikroorganismer som kan konkurrera med myceliet om utrymme och näring. Det är också nödvändigt att säkerställa att eventuella omvandlingsprodukter av läkemedelsföreningar inte ansamlas på ett oönskat sätt i jord eller vatten på lång sikt.
För stadsbor påminner den här historien om att en tablett som tas vid sänggåendet eller för att förbättra humöret inte försvinner spårlöst. En del av den hamnar i reningsverket och därifrån vidare – i olika form – ut i miljön. Även om doserna i praktiken är minimala driver den ökande förbrukningen av antidepressiva forskare att söka efter nya och mer sofistikerade reningsmetoder.
Vad upptäckten innebär för lantbrukare och reningsverksdriftansvariga
För lantbrukare som använder biosolid skulle en sådan svampbaserad ”förbehandling” i framtiden kunna vara ett argument för att de använder ett gödningsmedel med lägre kemisk belastning. För reningsverksoperatörer skulle det vara ett sätt att uppfylla allt strängare normer kring mikroföroreningar utan att behöva göra enorma investeringar i avancerad membranteknik.
I bakgrunden finns ytterligare en intressant slutsats. Samma enzymer som hjälper svamparna att angripa lignin och psykiatriska läkemedel kan visa sig användbara vid nedbrytning av andra svårnedbrytbara föroreningar – till exempel bekämpningsmedel eller vissa ingredienser i kosmetika.
Om framtida forskning bekräftar effektiviteten hos detta tillvägagångssätt kan ostronskivlingen och dess ”släktingar” bli ett permanent inslag i modern hantering av vattenavfall. Den här forskningsinriktningen visar att inte varje teknologiskt pussel behöver lösas med komplicerad apparatur. Ibland räcker det med att förstå de organismer som i miljontals år har städat upp skogarna efter döda trädstammar – och sedan föra deras talang dit där vi skapar störst mängder avfall.
