Rester af antidepressiva ender på landbrugsjord – og det er et stigende problem
Rester af antidepressiva og andre lægemidler slipper igennem renseanlæg og havner på landbrugets marker. Forskere fra Johns Hopkins University har undersøgt, om almindelige træforbrydende svampe kan nedbryde farmaceutiske stoffer skjult i rensningsslam – inden dette slam bruges som gødning.
Psykotrope stoffer er designet til at virke i den menneskelige hjerne, ikke i jordbunden. Når en tablet sluges, udskilles de aktive stoffer fra kroppen, og en del af dem ender i kloakken – også når folk skyller forældede piller i toilettet. Renseanlæg er gode til at fjerne bakterier og tungmetaller, men komplekse kemiske forbindelser fra lægemidler passerer næsten uforandret igennem processen.
Biosolider bærer en cocktail af farmaceutika ud på markerne
Fra spildevand opstår det, man kalder biosolider – slam rigt på kvælstof, fosfor og organisk materiale, som ofte anvendes som jordforbedring og gødning. Med dem følger imidlertid en hel cocktail af farmaceutiske stoffer. Flere studier antyder, at planter kan optage fragmenter af disse forbindelser, og selv om der endnu ikke foreligger entydig dokumentation for, at de vender tilbage på vores tallerkener via fødevarer, vokser risikoen for mennesker og økosystemer støt.
Selv meget små mængder psykotrope lægemidler kan påvirke organismers adfærd. Derfor betragter eksperter dem som en særlig kategori af forurening, der kræver målrettet opmærksomhed. Det var netop baggrunden for, at forskere fra Johns Hopkins University søgte efter en løsning, der kunne neutralisere farmaceutika, inden biosoliderne forlader renseanlægget.
Hvorfor klassiske renseanlæg taber kampen mod moderne lægemidler
Traditionelle rensningsteknologier blev udviklet med fokus på sygdomsfremkaldende mikroorganismer og enklere kemiske forbindelser. Biologiske og kemiske systemer er fremragende til at reducere patogener og metaller, men psykotrope farmaceutika er en helt anden kategori. Det drejer sig om komplicerede molekyler, der er konstrueret til at overleve i organismen og modstå nedbrydning.
Resultatet er, at renseanlægget vinder over bakterier, men taber til moderne lægemidler. Farmaceutiske forbindelser binder sig til organisk materiale i slammet og overlever hele rensningsprocessen uforstyrret. Når et sådant slam spredes på markerne, kan det over tid påvirke jord- og vandliv og akkumuleres i fødekæden.
Forskerne begyndte derfor at lede efter organismer, der er i stand til at nedbryde særligt modstandsdygtige stoffer. Det viste sig, at naturen allerede har en elegant løsning parat i form af en specifik gruppe svampe.
Hvide råd-svampe fungerer som naturlige bioreaktorer
Forskerholdet satsede på en gruppe organismer, der i millioner af år har løst netop denne opgave: nedbrydning af meget modstandsdygtige stoffer. Der er tale om de såkaldte hvide råd-svampe, der er kendt for evnen til at nedbryde lignin – træets hårde grundstruktur. I stedet for indre enzymer, som mange bakterier benytter, udskiller disse svampe kraftige, uspecifikke enzymer til omgivelserne, som angriber en bred vifte af komplekse molekyler.
Denne enzymatiske fleksibilitet gør hvide råd-svampe særligt velegnede til at håndtere farmaceutika, der er stærkt bundet til organisk materiale i slam. Til undersøgelsen valgte forskerne to arter, som mange kender fra køkkenet eller fra skovbunden: østershat (Pleurotus ostreatus) og broget læderporesvamp (Trametes versicolor), der også kaldes kalkunkøl på grund af frugtkroppenes udseende.
Begge arter er let tilgængelige, velundersøgte og kan vokse på mange forskellige substrater – noget der har enorm praktisk betydning set fra et renseanlægs perspektiv. Forskerne anser dem for ideelle kandidater til reel anvendelse i daglig drift.
Sådan forløb eksperimentet med svamperensning
Forskerne tog biosolider fra et kommunalt renseanlæg og tilsatte bevidst en blanding af ni aktive stoffer brugt i psykotrope lægemidler, herunder populære antidepressiva som citalopram og trazodon. Derefter inokulerede de slammet med mycelium fra østershatte og broget læderporesvamp og lod det vokse i op til 60 dage.
Sideløbende opstillede de et kontroleksperiment, hvor de samme forbindelser blev opløst i et laboratorievæske uden slam. Det gjorde det muligt at sammenligne, hvordan lægemidlerne opfører sig under rene betingelser i forhold til det virkelige, komplekse materiale fra renseanlægget. Gennem hele forsøgsperioden anvendte de højopløsnings-massespektrometri til at måle koncentrationer af de enkelte lægemidler og identificere molekyler, der opstod under nedbrydningen.
Dermed kunne de vurdere ikke blot, om noget forsvandt, men også hvad det blev omdannet til. Resultaterne overgik forventningerne hos både forskerne og driftslederne på renseanlæggene.
Effektivitet på op til 100 procent for visse farmaceutika
Begge svampearter klarede sig overraskende godt. Hver af dem nedbrød otte af de ni testede stoffer, ofte i meget høj grad:
- I mange prøver blev der registreret en reduktion i koncentrationer på omkring 50 procent efter to måneder
- I en del tilfælde rensede svampene slammet næsten fuldstændigt for det pågældende lægemiddel
- Østershat (Pleurotus ostreatus) viste sig særlig effektiv i nedbrydningen af flere antidepressiva med en effektivitet på over 90 procent
- Visse stoffer blev nedbrudt bedre i virkeligt slam end i den ideelt tilberedte laboratorievæske
- Det reelle miljø med al dets kemiske og mikrobiologiske kompleksitet kan direkte understøtte svampenes enzymer
- Nedbrydningsprodukterne udviste lavere toksicitet end de oprindelige farmaceutiske forbindelser
- Spektrometrisk analyse identificerede over 40 nye forbindelser, der opstod under processen
- Den amerikanske miljøstyrelse EPA bekræftede via modelberegninger, at størstedelen af nedbrydningsprodukterne er mindre farlige
Forskerholdet viede stor opmærksomhed til analysen af nedbrydningsprodukterne. De identificerede over 40 forbindelser, der dannes, når svampene opbryder lægemiddelmolekylerne – ofte ved at splitte dem i mindre fragmenter eller tilføje iltatomer. Til vurdering af egenskaberne anvendte de et værktøj fra EPA, der ud fra kemisk struktur forudsiger potentiel toksicitet.
Mycoaugmentation: en ny tilgang til rensning af spildevand
Forskerne taler om mycoaugmentation – en målrettet styrkelse af rensningsprocesser ved hjælp af svampe. Set fra et praktisk synspunkt er idéen attraktiv, fordi hvide råd-svampe kræver et relativt enkelt substrat, tåler varierende temperaturer og fugtighedsforhold, og producerer enzymer med effekt over for et bredt spektrum af forbindelser. Dertil kræver de hverken dyre kemikalier eller kompliceret teknologisk udstyr.
Sådanne svampemodler ville i fremtiden kunne integreres i eksisterende behandlingslinjer for biosolider. Det kunne eksempelvis ske via ekstra modningsfaser for slammet i tunneler, bunker eller containere, hvor myceliet har tid til at arbejde, inden gødningen når ud på markerne. For landbrugerne ville det betyde mulighed for at udnytte slammets næringsværdi med mindre risiko for at tilføre psykotrope stoffer til jordbunden.
For borgerne ville det indebære en reduceret sandsynlighed for, at mikroskopiske mængder antidepressiva eller andre farmaceutika cirkulerer mellem kloak, jord, vand og fødevarer. For vand- og jordorganismer ville det betyde mindre påvirkning fra stoffer, der griber ind i nervesystemer. Forskerne fra Johns Hopkins University er overbevist om, at denne tilgang radikalt kan ændre den måde, vi håndterer rensningsslam på.
Hvor langt er vi fra en reel anvendelse af teknologien?
Studiet fra Johns Hopkins University viser et stort potentiale, men der er stadig tale om præimplementeringsforskning. Inden renseanlæg rent faktisk begynder at dyrke østershatte i deres slam, skal en række praktiske spørgsmål besvares: hvor stabil er effekten under skiftende driftsforhold, hvad er omkostningerne i stor skala, og om processen nemt kan indpasses i eksisterende anlæg og reguleringer.
Konceptet passer samtidig ind i en bredere tendens med at søge biologiske allierede i kampen mod vanskelige forureningsstoffer. Mikroorganismer anvendes allerede i lang tid til nedbrydning af olie, pesticider og farvestoffer. Nu begynder en lignende tilgang at blive rettet mod avancerede lægemidler, som vores samfund bruger i stadig stigende mængder. Ingen enkelt løsning vil dog eliminere problemet med farmaceutika i miljøet fuldstændigt.
Selv de mest effektive svampe erstatter ikke fornuftig lægemiddelforvaltning – det vil sige at undlade at skylle tabletter i toilettet, begrænse overforbrug af receptpligtige midler og udvikle præparater med bedre biologisk nedbrydelighed. Svamperenseanlæg kan imidlertid blive et vigtigt element i et større puslespil, hvor teknologi, medicin og økologi endelig trækker i samme retning. Måske lærer vi snart at udnytte svampenes naturlige evner til også at beskytte vores drikkevand og fødevarer.
