Rester av antidepressiva hamnar på åkermark – och det är ett växande problem

Läkemedelsrester från antidepressiva och andra preparat passerar genom reningsverk och hamnar slutligen på jordbruksmarker. Forskare från Johns Hopkins University har granskat om vanliga vednedbytande svampar kan eliminera läkemedelssubstanser som gömmer sig i reningsslam – innan detta slam används som gödsel.

Psykotropa substanser är framtagna för att verka i den mänskliga hjärnan, inte i jordmånen. När en tablett sväljs utsöndras de aktiva ämnena från kroppen, och en del av dem slutar i avloppet – även när människor spolar gamla piller i toaletten. Reningsverk är utmärkta på att avlägsna bakterier och tungmetaller, men komplicerade kemiska föreningar från läkemedel passerar nästan oförändrade genom hela processen.

Biosolider transporterar en cocktail av läkemedelsämnen ut på fälten

Från avloppsvatten bildas det som kallas biosolider – slam rikt på kväve, fosfor och organiskt material, som ofta används som jordförbättringsmedel och gödning. Med dem följer dock en hel cocktail av läkemedelssubstanser. Flera undersökningar tyder på att växter kan ta upp fragment av dessa föreningar, och även om det ännu inte finns entydiga bevis för att de återvänder till våra tallrikar via livsmedel, ökar risken för människor och ekosystem stadigt.

Redan mycket små mängder psykotropa läkemedel kan påverka organismers beteende. Därför betraktar experter dem som en särskild kategori av förorening som kräver riktad uppmärksamhet. Det var just bakgrunden till att forskare från Johns Hopkins University sökte efter en lösning som kunde neutralisera läkemedelsämnen innan biosoliderna lämnar reningsverket.

Varför klassiska reningsverk förlorar kampen mot moderna läkemedel

Traditionella reningsteknologier utvecklades med fokus på sjukdomsframkallande mikroorganismer och enklare kemiska föreningar. Biologiska och kemiska system är utmärkta på att reducera patogener och metaller, men psykotropa läkemedel är en helt annan kategori. Det handlar om komplicerade molekyler som är konstruerade för att överleva i organismen och motstå nedbrytning.

Resultatet blir att reningsverket vinner över bakterier men förlorar mot moderna läkemedel. Läkemedelsföreningar binder sig till organiskt material i slammet och överlever hela reningsprocessen ostörda. När sådant slam sprids på åkrarna kan det över tid påverka jord- och vattenliv och ackumuleras i näringskedjan.

Forskarna började därför leta efter organismer som kan bryta ner särskilt motståndskraftiga ämnen. Det visade sig att naturen redan har en elegant lösning färdig i form av en specifik grupp svampar.

Vitrötesvampar fungerar som naturliga bioreaktorer

Forskargruppen satsade på en grupp organismer som i miljontals år har löst just denna uppgift: nedbrytning av mycket motståndskraftiga ämnen. Det handlar om de så kallade vitrötesvamparna, som är kända för förmågan att bryta ner lignin – träets hårda grundstruktur. Istället för inre enzymer, som många bakterier använder, utsöndrar dessa svampar kraftfulla, ospecifika enzymer till omgivningen, som angriper ett brett spektrum av komplexa molekyler.

Denna enzymatiska flexibilitet gör vitrötesvampar särskilt lämpade för att hantera läkemedel som är starkt bundna till organiskt material i slam. Till undersökningen valde forskarna två arter som många känner igen från köket eller från skogsmarken: ostronskivling (Pleurotus ostreatus) och brokticka (Trametes versicolor), som också kallas kalkonsvans på grund av fruktkropparnas utseende.

Båda arterna är lättillgängliga, välundersökta och kan växa på många olika substrat – något som har enorm praktisk betydelse sett från ett reningsverks perspektiv. Forskarna anser dem vara ideala kandidater för verklig användning i daglig drift.

Så genomfördes experimentet med svamprening

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

Parallellt satte de upp ett kontrollexperiment där samma föreningar löstes upp i en laboratoriebuffert utan slam. Det möjliggjorde en jämförelse av hur läkemedlen beter sig under rena förhållanden jämfört med det verkliga, komplexa materialet från reningsverket. Under hela försöksperioden använde de högupplöst masspektrometri för att mäta koncentrationer av de enskilda läkemedlen och identifiera molekyler som uppstod under nedbrytningen.

Därigenom kunde de bedöma inte bara om något försvann, utan också vad det omvandlades till. Resultaten överträffade förväntningarna hos både forskarna och driftsledarna på reningsverken.

Effektivitet upp till 100 procent för vissa läkemedel

Båda svamparterna klarade sig förvånansvärt väl. Var och en av dem bröt ner åtta av de nio testade ämnena, ofta i mycket hög grad:

I många prover registrerades en reduktion i koncentrationer på omkring 50 procent efter två månader
I en del fall renade svamparna slammet nästan fullständigt från det aktuella läkemedlet
Ostronskivling (Pleurotus ostreatus) visade sig särskilt effektiv i nedbrytningen av flera antidepressiva med en effektivitet på över 90 procent
Vissa ämnen bröts ner bättre i verkligt slam än i den idealiskt preparerade laboratoriebufferten
Den verkliga miljön med all dess kemiska och mikrobiologiska komplexitet kan direkt understödja svamparnas enzymer
Nedbrytningsprodukterna uppvisade lägre toxicitet än de ursprungliga läkemedelsföreningarna
Spektrometrisk analys identifierade över 40 nya föreningar som uppstod under processen
Den amerikanska miljömyndigheten EPA bekräftade via modellberäkningar att merparten av nedbrytningsprodukterna är mindre farliga

Forskargruppen ägnade stor uppmärksamhet åt analysen av nedbrytningsprodukterna. De identifierade över 40 föreningar som bildas när svamparna bryter upp läkemedelsmolekylerna – ofta genom att dela dem i mindre fragment eller tillföra syreatomer. För att bedöma egenskaperna använde de ett verktyg från EPA som utifrån kemisk struktur förutsäger potentiell toxicitet.

Mycoaugmentation: en ny strategi för rening av avloppsvatten

Forskarna talar om mycoaugmentation – en riktad förstärkning av reningsprocesser med hjälp av svampar. Sett från ett praktiskt perspektiv är idén attraktiv, eftersom vitrötesvampar kräver ett relativt enkelt substrat, tål varierande temperaturer och fuktighetsförhållanden, och producerar enzymer med effekt mot ett brett spektrum av föreningar. Dessutom kräver de varken dyra kemikalier eller komplicerad teknisk utrustning.

Sådana svampmoduler skulle i framtiden kunna integreras i befintliga behandlingslinjer för biosolider. Det skulle exempelvis kunna ske via extra mogningstaser för slammet i tunnlar, bunkers eller containrar, där mycelet har tid att arbeta innan gödseln når ut på fälten. För jordbrukare skulle det innebära möjlighet att utnyttja slammets näringsvärde med mindre risk för att tillföra psykotropa ämnen till jordmånen.

För medborgare skulle det innebära en minskad sannolikhet för att mikroskopiska mängder antidepressiva eller andra läkemedel cirkulerar mellan avlopp, jord, vatten och livsmedel. För vatten- och jordorganismer skulle det betyda mindre påverkan från ämnen som ingriper i nervsystem. Forskarna från Johns Hopkins University är övertygade om att denna strategi radikalt kan förändra det sätt vi hanterar reningsslam på.

Hur långt är vi från verklig tillämpning av teknologin?

Studien från Johns Hopkins University visar en stor potential, men det handlar fortfarande om förimplementeringsforskning. Innan reningsverk faktiskt börjar odla ostronskivling i sitt slam måste en rad praktiska frågor besvaras: hur stabil är effekten under skiftande driftsförhållanden, vad blir kostnaderna i stor skala, och hur lätt kan processen integreras i befintliga anläggningar och regelverk.

Konceptet passar samtidigt in i en bredare trend med att söka biologiska allierade i kampen mot svårhanterliga föroreningsämnen. Mikroorganismer används redan sedan länge för nedbrytning av olja, bekämpningsmedel och färgämnen. Nu börjar en liknande strategi riktas mot avancerade läkemedel som vårt samhälle använder i allt större mängder. Ingen enskild lösning kommer dock att eliminera problemet med läkemedel i miljön fullständigt.

Även de mest effektiva svamparna ersätter inte förnuftig läkemedelshantering – det vill säga att undvika att spola tabletter i toaletten, begränsa överkonsumtion av receptbelagda medel och utveckla preparat med bättre biologisk nedbrytbarhet. Svampreningsanläggningar kan emellertid bli ett viktigt element i ett större pussel, där teknologi, medicin och ekologi äntligen drar åt samma håll. Kanske lär vi oss snart att utnyttja svamparnas naturliga förmågor för att också skydda vårt dricksvatten och våra livsmedel.