Läkemedelsrester från reningsverk hamnar på jordbruksmarkerna
Spår av antidepressiva och andra mediciner från avloppsanläggningar tar sig ut på åkrarna tillsammans med gödsel. Forskare vid Johns Hopkins University har dock hittat en förvånande lösning: vanliga träsvampar klarar av att bryta ner dessa farmaceutiska ämnen innan de når ut i jorden.
Antidepressiva och andra psykotropa preparat är framtagna för att verka i den mänskliga hjärnan – inte i jordbruksjord. När en tablett har tagits utsöndrar kroppen de aktiva ämnena, och en del hamnar i avloppet. Detsamma sker när människor spolar ut gamla mediciner i toaletten. Reningsverk är duktiga på att avlägsna bakterier och tungmetaller, men komplexa kemiska föreningar från läkemedel passerar i princip oförändrade genom hela processen.
Biosolider för med sig en cocktail av läkemedel ut på fälten
Från avloppsvatten uppstår det som kallas biosolider – slam rikt på kväve, fosfor och organiskt material, vilket används i stor utsträckning som jordförbättring och gödsel. Men med dem följer en hel blandning av farmaceutiska föreningar. Vissa studier tyder på att växter kan ta upp fragment av dessa ämnen, och även om forskarna ännu inte har entydiga bevis för att de återvänder till våra tallrikar via livsmedel, växer risken för människor och ekosystem stadigt.
Även mycket små mängder psykotropa läkemedel kan påverka organismers beteende. Därför betecknar experter dem som föroreningar som kräver särskild uppmärksamhet. Forskare vid Johns Hopkins University bestämde sig därför för att hitta en okonventionell metod för att lösa problemet innan det kontaminerade slammet lämnar reningsverket.
Varför klassiska reningsverk misslyckas med moderna läkemedel
Traditionell reningsteknik utvecklades med fokus på sjukdomsalstrande mikroorganismer och enklare kemiska föreningar. Biologiska och kemiska system är utmärkta på att reducera patogener och metaller, men psykotropa läkemedel tillhör en helt annan kategori. De är komplexa molekyler, konstruerade för att stanna kvar i kroppen under lång tid och bryts ner ytterst långsamt.
Resultatet blir att ett reningsverk gott kan ”vinna” över bakterier, men förlorar kampen mot moderna mediciner. Farmaceutiska föreningar binder sig till det organiska materialet i slammet och överlever oskadade genom hela reningsprocessen. När detta slam sprids på åkrarna kan ämnena på sikt påverka jord- och vattenliv och anrikas i näringskedjan.
Forskarna valde därför en annan ansats: i stället för avancerad kemi satsade de på organismer som har löst liknande uppgifter i miljontals år. Det visade sig att vanliga trälevande svampar kan vara ett förvånansvärt effektivt verktyg.
Vitrötesvampar fungerar som naturliga bioreaktorer
Forskargruppen satsade på en grupp organismer som sedan urminnes tider har brutit ner mycket motståndskraftiga ämnen. Det handlar om så kallade vitrötesvampar, som är kända för att kunna bryta ner lignin – träets hårda ”skelett”. I stället för interna enzymer som många bakterier utsöndrar dessa svampar kraftfulla, ospecifika enzymer till omgivningen, vilka angriper ett brett spektrum av komplexa molekyler.
Denna enzymatiska flexibilitet gör vitrötesvampar särskilt lämpliga för att attackera läkemedel som är starkt bundna till det organiska materialet i slam. Två arter, som många känner igen från köket eller skogspromenaden, valdes ut för försöken: Pleurotus ostreatus – den populära ätliga ostronmusslingen – och Trametes versicolor, på svenska kallad fjällticka eller ”kalkonsvans” på grund av fruktkropparnas utseende.
Båda arterna är lättillgängliga, välundersökta och kan växa på många olika substrat, vilket är enormt relevant sett från reningsverkens perspektiv. Forskarna vid Johns Hopkins University testade därför om dessa svampar kan ”äta upp” läkemedel som gömmer sig i slam, innan slammet används som gödsel.
Så här genomfördes experimentet med svamprening
Forskarna tog biosolider från ett kommunalt reningsverk och blandade dem medvetet med nio aktiva ämnen från psykotropa läkemedel, däribland populära antidepressiva som citalopram och trazodon. Därefter ympade de slammet med mycel från ostronmussling och Trametes versicolor och lät dem växa i upp till sextio dagar.
Samtidigt genomförde de ett kontrollförsök: samma föreningar löstes upp i en laboratorielösning utan slam. Det möjliggjorde jämförelse av hur läkemedlen beter sig under rena förhållanden kontra i det verkliga, komplexa materialet från reningsverket. Under hela studieperioden använde de högupplöst masspektrometri för att mäta koncentrationerna av de enskilda läkemedlen och identifiera molekyler som uppstod under nedbrytningen.
Därmed blev det möjligt att bedöma inte bara om något försvann, utan också vad det omvandlades till. Resultaten överraskade till och med forskarna vid Johns Hopkins University.
Effektiviteten nådde upp till hundra procent för vissa läkemedel
Båda svamparterna klarade sig förvånansvärt bra. Var och en av dem bröt ner åtta av de nio testade ämnena, ofta i mycket hög grad. De konkreta resultaten visade följande:
- I många prover registrerades en koncentrationsminskning på cirka femtio procent efter två månader
- I en del fall renade svamparna slammet nästan fullständigt från det aktuella läkemedlet
- Pleurotus ostreatus visade sig särskilt effektiv vid nedbrytning av flera antidepressiva med en borttagningsgrad på över nittio procent
- Vissa ämnen bröts ner bättre i det ”smutsiga” slammet än i den idealiskt preparerade laboratorielösningen
- Trametes versicolor uppvisade stabila resultat över olika typer av läkemedel
- Svampenzymer fungerade effektivt även vid de lägre temperaturer som är typiska för reningsverk
Anmärkningsvärt var att vissa ämnen bröts ner bättre just i den ”förorenade” miljön än i ren laboratorielösning. Det tyder på att den verkliga miljön med all sin kaotiska kemi och mikrobiologi faktiskt kan hjälpa svampenzymer. Forskarna vid Johns Hopkins University betraktar detta som ett mycket uppmuntrande fynd med avseende på praktisk tillämpning.
Uppstår det nya giftiga ämnen vid nedbrytningen?
Den vanligaste invändningen mot många reningsmetoder lyder: ”i stället för ett förorenande ämne skapar vi ett annat, kanske ännu farligare”. I detta projekt lade forskarna därför stor vikt vid analysen av nedbrytningsprodukterna. De identifierade över fyrtio föreningar som uppstod när svamparna ”tuggar sönder” läkemedelsmolekylerna – ofta genom att klippa dem i mindre fragment eller tillsätta syreatomer.
För att bedöma dessa ämnens egenskaper använde de ett verktyg från den amerikanska myndigheten EPA, som utifrån kemisk struktur förutspår potentiell toxicitet. Den stora majoriteten av nedbrytningsprodukterna visade sig vara mindre skadliga än utgångsföreningarna. Det är ett starkt argument för att svamparnas ”reningsprocess” verkligen minskar hotet i stället för att bara flytta det från en form till en annan.
Toxikologiska analyser indikerar att myceliet inte lagrar läkemedel i sin biomassa, utan faktiskt neutraliserar dem genom att omvandla dem till mindre farliga partiklar. Forskarna understryker att just denna aspekt var avgörande för att bedöma om metoden är meningsfull i stor skala.
Mycoaugmentering som ny strategi i reningsverk
Forskarna talar om så kallad mycoaugmentering – den medvetna användningen av svampar för att stödja reningsprocesser. Från ett praktiskt perspektiv är idén attraktiv, eftersom vitrötesvampar inte kräver sterila förhållanden, kan växa på organiskt avfall, producerar enzymer med verkan mot ett brett spektrum av föreningar och är relativt billiga att odla.
Denna typ av ”svampmoduler” skulle i framtiden kunna integreras i befintliga behandlingslinjer för biosolider. Till exempel via extra mognadssteg, där slammet vilar i tunnlar, buntar eller containrar och ger myceliet tid att arbeta innan gödseln når ut på markerna. Vissa reningsverk i Oregon och Kalifornien testar redan liknande pilotprojekt.
En ytterligare fördel är att Pleurotus ostreatus och Trametes versicolor båda är arter som människor vanligtvis äter eller använder i medicinsk kontext, så deras säkerhet är väldokumenterad. Experter från universitet i Baltimore och Seattle anser mycoaugmentering vara en lovande riktning inom miljödekontaminering.
Vad denna upptäckt betyder för jordbruk och folkhälsa
I dag är biosolider i många länder en viktig del av den cirkulära ekonomin: i stället för att bortskaffa slam används det för att förbättra jordens bördighet. Samtidigt växer trycket att begränsa den kemiska ”bagage” som följer med ut i miljön. Om svampbaserade teknologier kan fulländas, kommer jordbrukare potentiellt att kunna dra nytta av slammets näringsvärde med färre risker för att de medför en cocktail av psykotropa läkemedel till åkrarna.
För befolkningen skulle det innebära en minskad risk för att mikroskopiska mängder antidepressiva och andra läkemedel cirkulerar mellan avloppet, jorden, vattnet och livsmedlen. För vatten- och jordorganismer skulle det betyda en reducerad påverkan från ämnen som ingriper i nervsystemen. Forskarna vid Johns Hopkins University understryker att även om det fortfarande rör sig om laboratoriefasen, är potentialen för verklig tillämpning enorm.
Naturligtvis kommer ingen enskild lösning att lösa problemet med läkemedel i miljön fullständigt. Inte ens de mest effektiva svamparna kan ersätta förnuftig läkemedelshantering – att undvika att spola tabletter i toaletten, begränsa överförskrivning och utveckla preparat som lättare kan brytas ner biologiskt. Men svamparnas ”reningsverk” kan bli en viktig pusselbit i ett större pussel, där teknologi, medicin och ekologi äntligen börjar samarbeta. Kanske är just denna kombination av traditionell kunskap om svampar och modern vetenskap nyckeln till ett genombrott i skyddet av vår jord och vårt vatten mot läkemedel som inte hör hemma där.
