Svampar bryter ner antidepressiva i avloppsvattnet – här är forskningens hemliga vapen

Avloppsvatten fullt av mediciner: ett dolt problem från våra badrum

Forskare vid Johns Hopkins University har gjort en fascinerande upptäckt: vanliga vednedbytande svampar visar sig kunna bryta ned rester av psykotropa läkemedel i avloppsslam. Skulle metoden kunna skalas upp, öppnar det för att lantbrukare kan få tillgång till säkrare gödsel samtidigt som medicinrester sprids mindre i naturen.

Antidepressiva, ångestdämpande medel och andra substanser som påverkar hjärnan är noggrant utformade för att förändra det mänskliga nervsystemet. De absorberas i kroppen, utför sitt uppdrag — och resterna lämnar sedan kroppen via urin och avföring. Till detta kommer utgångna tabletter som slängs i toaletten istället för att lämnas tillbaka till apoteket.

Allt detta hamnar slutligen i reningsverken. Där renas avloppsvattnet och den fasta delen omvandlas till så kallade biosolider — stabiliserat slam som är rikt på kväve, fosfor och organiskt material. I många länder, däribland USA, används detta som gödning och jordförbättringsmedel på jordbruksmark.

Biosolider utgör värdefull gödning, men de kan innehålla spårämnen av läkemedel, inklusive antidepressiva och andra psykoaktiva substanser. Standardreningsmetoder hanterar sjukdomsframkallande bakterier och tungmetaller tillräckligt bra — men komplexa organiska föreningar som moderna läkemedel är en helt annan historia. En del av dem bryts nästan inte ner alls och passerar genom hela processen för att till slut hamna på åkrarna tillsammans med gödseln.

Varför även spårämnen av medicin oroar forskarna

Forskarna betonar att det fortfarande saknas tydliga data kring huruvida läkemedel från biosolider faktiskt överförs till växter i så stora mängder att de skadar konsumenter. Det finns inga hårda bevis för ett direkt hot mot människors hälsa.

Ändå väcker ämnet ökande oro. Hjärnpåverkande läkemedel är utvecklade för att förändra kroppens kemi även vid mycket låga doser. Om sådana substanser systematiskt började nå dricksvatten eller livsmedel skulle effekten kunna bli svår att förutsäga — särskilt eftersom vi talar om en blandning av många olika preparat.

Därtill kommer risken för vattenlevande organismer. Internationella studier har tidigare visat att spårämnen av vissa läkemedel påverkar beteendet hos fiskar, ryggradslösa djur och mikroorganismer i jorden. Forskare från University of Michigan har exempelvis påvisat att sertralin förändrar reproduktionsförmågan hos vattenlevande kräftdjur.

Vitrötesvampar — naturens egna kemiska lösningsmedel

Teamet från Johns Hopkins satsade på organismer som i miljontals år har specialiserat sig på att bryta ned några av naturens hårdaste strukturer: trä. Det handlar om så kallade vitrötesvampar. I naturen borrar de sig in i trästammar och bryter ned lignin — den styva polymer som ger trä dess hårdhet.

Nyckeln ligger i enzymerna. Dessa svampar utsöndrar extremt kraftfulla men brett verkande biokatalysatorer till sin omgivning. De är inte exakt anpassade till en enda kemisk förening — istället kan de attackera hela grupper av svårnedbrytbara molekyler. Detta gör dem utmärkta för trä, men de kan också gå lös på läkemedel som sitter fast i den organiska delen av biosolider.

Forskare vid Stanford University har tidigare bevisat att enzymerna ligninperoxidas och manganperoxidas kan spjälka strukturer som motsvarar vissa föroreningar. Forskargruppen under ledning av Dr. Suzanne Osborne analyserade exakt denna mekanism.

Pleurotus ostreatus och Trametes versicolor — välkända arter i nya roller

Studien använde två mycket spridda arter. Pleurotus ostreatus är den välkända ostronskivlingen som odlas kommersiellt och ofta ses i snabbköp. Trametes versicolor är en färggrann svamp som växer på trästammar och på svenska kallas brokticka.

Båda arterna trivs lätt på fasta substrat, är väldokumenterade och brett tillgängliga. Detta är avgörande ur ett praktiskt perspektiv — det handlar inte om exotiska kuriositeter utan om organismer som verkligen kan implementeras i anläggningar som behandlar avloppsslam. Penn State Universitys Center för svampforskning har i många år studerat just dessa arter inom bioremediation.

Så här genomfördes experimentet med biosolider

Forskarna hämtade biosolider från ett kommunalt reningsverk och tillsatte därefter nio olika psykotropa läkemedel, däribland allmänt använda antidepressiva som citalopram och trazodon. Detta simulerade den typiska föroreningsprofil man verkligen stöter på i slam.

På detta förberedda substrat ympade de mycel från ostronmusslingar och brokticka. Svamparna fick upp till sextio dagar på sig att kolonisera biosoliderna och aktivera sina enzymer. Efter två månader hade båda arterna avlägsnat merparten av de undersökta läkemedlen — och i flera fall brutit ned dem nästan fullständigt.

För jämförelse genomförde forskarna också försök i flytande laboratorienäringsmedier utan biosolider. Det gav möjlighet att bedöma hur svamparna beter sig under ideala förhållanden jämfört med det ”smutsiga”, verkliga materialet från reningsverket.

Vad lyckades man exakt bryta ned

Resultaten visade sig förvånansvärt goda för en så enkel metod. Varje svampart avlägsnade åtta av nio läkemedel. Effektiviteten varierade från cirka femtio procent till nästan hundra procent efter sextio dagars kontakt med biosoliderna.

Ostronskivlingarna visade sig särskilt effektiva och avlägsnade i flera fall över nittio procent av den aktiva substansen i antidepressiva. Dr. Timothy Bowden från forskargruppen betecknade resultaten som synnerligen lovande.

Att ett läkemedel försvinner från en lösning är dock inte i sig tillräckligt för att tala om framgång. Det kan hända att en kemisk förening bara binder sig till slammet men fortfarande förblir aktiv och kan frigöras till miljön igen när förhållandena ändras.

Inte bara upptagning utan verklig avgiftning

Därför använde studien högupplöst masspektrometri för att följa vad som hände med läkemedelsmolekylerna. Analysen visade att svamparna inte bara ”gömde” läkemedel utan aktivt omvandlade dem. Forskarna identifierade över fyrtio nya nedbrytningsprodukter som uppstod under enzymernas påverkan.

Många av dessa reaktioner följde ett karaktäristiskt mönster: stora molekyler bröts upp i mindre delar, syreatomer adderades och aromatiska ringar modifierades. Det är typiskt för enzymer från vitrötesvampar, som beter sig lite som aggressiva men naturliga rengöringsmedel.

Toxikologiska modeller indikerar att de flesta nedbrytningsprodukter har lägre toxicitet än de ursprungliga läkemedlen, vilket innebär en verklig minskning av farligheten. För att bedöma den potentiella skadligheten av dessa produkter använde forskarna Cheminformatics hazard assessment-modulen från amerikanska Environmental Protection Agency. Förutsägelserna visade att de nya föreningarna generellt uppvisade lägre toxicitet än de ursprungliga läkemedlen.

Varför test med verkliga biosolider är så betydelsefullt

Många tidigare arbeten om bioremediation av läkemedel utgick från sterila, rena lösningar. Under sådana förhållanden är det lätt att uppnå imponerande resultat — men metoden slår sedan fel i praktiken. Biosolider är täta, fyllda med andra organiska föreningar och mineraler, och dessutom lever det en mångfald av mikroorganismer i dem som konkurrerar om utrymme och näring.

I denna studie utsatte forskarna medvetet svamparna för den verkliga ”blandningen” från reningsverket. Det visade sig att vissa föreningar under sådana förhållanden bryts ned ännu snabbare än i enkla flytande näringsmedier. Det är en viktig signal om att processen i framtiden kan kopplas till befintliga slambehandlingsanläggningar.

Forskare vid Massachusetts Institute of Technology testar redan liknande tillvägagångssätt med andra svamparter på förorenad jord. Professor Michael Liebhold har antytt möjligheten till kommersiell användning inom fem år.

Mycoaugmentering — svampar som ett nytt steg i avloppsvattenrening

Forskarna talar här om så kallad mycoaugmentering — riktad användning av svampar för att förbättra kvaliteten på förorenade material. I praktiken skulle det kunna innebära att man lägger till ett steg där biosoliderna genomväxs av mycel innan de skickas till åkrarna.

Vitrötesvampar trivs väl på fasta substrat och kräver varken avancerad utrustning eller hög energiförbrukning. I många anläggningar skulle de kunna introduceras som en relativt billig process: det krävs bara kontroll av fuktighet, temperatur och uppehållstid i särskilt inrättade kammare.

• Låga kostnader jämfört med avancerad kemi eller membranfilter
• Användning av organismer som naturligt förekommer i ekosystem
• Möjlighet att reducera hela grupper av föreningar, inte bara enskilda läkemedel
• Enklare integration i redan befintliga slambehandlingslinjer
• Minimal produktion av bioavfall
• Möjlighet till kombination med aerob rötning

Vad det kan betyda för jordbruk och städer

För lantbrukare utgör biosolider en attraktiv gödselform — de innehåller värdefulla näringsämnen, hjälper till att förbättra jordens struktur och hålla kvar vatten. Allt fler ställer dock frågan om vi vid sidan av de positiva effekterna sprider en cocktail av substanser på åkrarna som ursprungligen var utformade för att behandla människor — inte för att vattna morötter eller vete.

Om svamparnas ”kemiska tvätterier” blir standardpraxis på reningsverk skulle slammet kunna nå åkrarna med en väsentligt lägre mängd läkemedel. Det är en chans att bevara fördelarna med biosolider och samtidigt dämpa kontroversen kring deras säkerhet. Miljöministeriet i Oregon överväger redan ett pilotprogram.

För städerna skulle det innebära ytterligare ett verktyg för att hantera den ökande mängden läkemedel i avloppsvattensystemet. Befolkningar blir äldre, läkemedelskonsumtionen växer och kloaksystemen är inte rustade för det. Användningen av svampar kan bli ett av elementen i en bredare strategi — sida vid sida med medborgainformation, till exempel om att lämna tillbaka utgångna läkemedel till apoteket, och utveckling av nya vattenreningsteknologier.

Vad som fortfarande återstår att undersöka — och vad man bör vara uppmärksam på

Innan ostronmusslingar och brokticka blir en fast del av den kommunala infrastrukturen måste ingenjörerna verifiera flera saker. För det första hur processen beter sig i industriell skala: i stora silos och med varierande slamsammansättning. För det andra om nedbrytningsprodukterna verkligen förblir mindre giftiga vid full omfattning av doser och blandningar — och inte bara i datormodeller.

Det är värt att komma ihåg att läkemedel bara är en grupp av föroreningar. Biosolider innehåller också bekämpningsmedel, tvättmedel och plastadditiv. Några av dessa kan kanske också brytas ned av vitrötesvamparnas enzymer — andra kommer att kräva helt andra avlägsnandemetoder.

För den vanlige vattenhanskravsanvändaren har denna historia en praktisk poäng: släng inte tabletter i toaletten och häll inte sirap i vasken. Även de mest uthålliga svamparna kan inte hantera en okontrollerad lavin av kemi från våra badrum. Reningssystemet fungerar bäst när förnuftigt hembeteende kombineras med intelligent användning av biologiska och teknologiska verktyg. Inte ens det modernaste reningsverket kan hjälpa om vi spolar stora mängder medicin i avloppet.