Svampe som naturens egne rensningsanlæg
Forskere fra Johns Hopkins University har opdaget, at almindelige træsvampe er i stand til at nedbryde rester af lægemidler i kloakslam, inden dette spredes på markerne som gødning. Resultaterne kan grundlæggende ændre vores forståelse af moderne spildevandsrensning.
Moderne psykiatriske lægemidler er designet til at virke kraftigt på hjernen og forblive længe i kroppen. Efter delvis udskillelse ender de i kloakken, og en del ubrugte tabletter skylles stadig ud i toilettet. I rensningsanlæg forsvinder det meste forurening, men ikke alle aktive stoffer fra lægemidler lader sig nemt fjerne.
Hvad er biosolider, og hvorfor er de et problem
Når spildevand er renset, efterlades et næringsrigt restprodukt kaldet biosolider — altså bearbejdet kloakslam. I USA og mange andre lande anvendes det som jordforbedringsmiddel og gødning. Med det kan der følge spormængder af lægemidler ud på markerne, herunder antidepressiva og beroligende midler.
Undersøgelser antyder, at selv minimale koncentrationer af lægemidler i miljøet kan påvirke adfærden hos vand- og jorddyr og potentielt også menneskers sundhed. Der mangler stadig solide beviser for, at sådanne mængder reelt skader forbrugere af afgrøder fra marker, der er gødet med biosolider. Alligevel understreger forskere, at mange af disse forbindelser nedbrydes langsomt og kan opholde sig i miljøet i meget lang tid.
Hvide rådstofssvampe som naturlig enzymfabrik
Forskerholdet valgte at arbejde med organismer, der i millioner af år har håndteret et af naturens hårdeste materialer — træ. Det drejer sig om såkaldte hvide rådstofssvampe, der er berømte for deres evne til at nedbryde lignin, træets meget modstandsdygtige bindemiddel.
I modsætning til mange bakterier udskiller disse svampe kraftige og bredt virkende enzymer til omgivelserne. De er ikke interesserede i én bestemt forbindelse, men angriber et helt spektrum af komplekse organiske molekyler og opdeler dem i mindre, typisk lettere nedbrydelige dele.
Forskerne koncentrerede sig om to velkendte arter. Den første er Pleurotus ostreatus, bedre kendt som østershat, en udbredt spiselig svamp. Den anden er Trametes versicolor, en farverig konsolsvamp, der vokser på træstammer og ofte kaldes kalkunkammerhale. Begge arter er velundersøgte, let tilgængelige og har i lang tid været anvendt i miljøeksperimenter.
Sådan foregik eksperimentet med kloakslam
Holdet fra Johns Hopkins tog biosolider fra et kommunalt rensningsanlæg og tilsatte ni lægemidler, der virker på centralnervesystemet. Blandt dem fandtes populære antidepressiva som citalopram og trazodon.
Dette blandede materiale tjente som vækstunderlag for myceliet af østershat og Trametes versicolor. Svampene fik lov til at vokse på slammet i maksimalt tres dage. I løbet af denne periode målte forskerne regelmæssigt, hvor meget af de aktive stoffer der stadig var tilbage i prøverne.
Resultaterne viste, at begge svampearter klarede sig godt over for størstedelen af de testede lægemidler, og i mange tilfælde faldt koncentrationen til næsten nul. Til sammenligning gennemførte de også forsøg i klassiske flydende laboratoriemedier uden biosolider — det gav mulighed for at vurdere, hvordan den virkelige forurenede blanding påvirkede nedbrydningseffektiviteten.
Forskerne dokumenterede dermed, at svampene ikke kun fungerer under kontrollerede forhold, men også i et miljø fyldt med konkurrerende mikroorganismer og forskelligartede kemiske stoffer. Dette er en afgørende erkendelse for eventuel praktisk anvendelse.
Hvor effektive er svampene egentlig til at fjerne lægemidler
Efter to måneders svampeaktivitet reducerede begge arter koncentrationen af otte ud af ni undersøgte stoffer. Fjernelsesgraden varierede fra cirka halvtreds procent til næsten fuldstændig eliminering af det pågældende lægemiddel fra biosliderne.
Østershaten klarede sig særligt godt og rensede prøven nærmest fuldstændigt for en del af lægemidlerne. Bemærkelsesværdigt var det, at nedbrydningen i visse tilfælde forløb bedre i nærvær af biosolider end i en simpel kunstig opløsning. Det signalerer, at test udelukkende i flydende medier ikke altid afspejler, hvordan teknologien fungerer under realistiske betingelser.
Forskerne fandt desuden, at de enzymer, svampene producerer, ikke virker selektivt. De angriber i stedet et bredt udvalg af molekyler, hvilket indebærer et potentiale for at rense for flere typer forurenende stoffer på én gang — en egenskab, der markant kan reducere omkostningerne ved hele processen.
Nedbryder svampene lægemidlerne — eller gemmer de dem blot
Forskerne viede særlig opmærksomhed til spørgsmålet om, hvad der sker med lægemiddelmolekylerne efter kontakt med myceliet. Det centrale spørgsmål var: absorberer svampene blot lægemidlerne, eller nedbrydes de faktisk til mindre skadelige komponenter?
Avanceret massespektrometri kom til hjælp og muliggjorde overvågning af, hvordan prøvernes kemiske sammensætning ændrede sig over tid. Forskerne identificerede over fyrre nye forbindelser, der opstod som følge af svampeenzymernes aktivitet. I mange tilfælde blev lægemiddelmolekylerne skåret i mindre fragmenter eller oxideret — altså beriget med et iltatom.
Toksicitetsanalysen tyder på, at nedbrydningsprodukterne generelt er mindre farlige end de oprindelige lægemidler, hvilket peger på reel afgiftning frem for blot at flytte problemet et andet sted hen. Til indledende vurdering af de nye forbindelsers potentielle skadelighed anvendte forskerne et EPA-baseret kemoinformatikværktøj. Modellen viste, at de fleste omdannelsesprodukter sandsynligvis vil være sikrere for levende organismer end de oprindelige aktive stoffer.
Dette resultat er et meget vigtigt signal for dem, der har ansvar for miljøpolitik og planlægning af nye rensningsteknologier. Det dokumenterer nemlig, at mykoaugmentering ikke blot er en forskydning af risikoen til en anden form, men en reel løsning.
Hvad mykoaugmentering betyder for fremtidens rensningsanlæg
I den faglige litteratur dukker begrebet mykoaugmentering op med stigende hyppighed. Det handler om målrettet tilsætning af svampe til forurenede miljøer for at fremskynde nedbrydningen af skadelige forbindelser. Studiet fra Johns Hopkins leverer stærke argumenter for, at denne metode giver mening i forbindelse med kloakslam.
Hvide rådstofssvampe har en række praktiske fordele sammenlignet med dyre kemiske teknologier eller avancerede filtre:
- De kan vokse på fast materiale som biosolider uden behov for kompleks infrastruktur
- De fungerer under relativt milde forhold uden høje temperaturer eller tryk
- De er udbredte i naturen og velundersøgte, og dyrkning af dem er billig
- De enzymer, de producerer, kan håndtere hele grupper af forbindelser fremfor én enkelt forurening
- De kræver ikke konstant tilførsel af kemikalier eller energiintensive processer
- De kan nemt kombineres med eksisterende rensningsteknologier
- Nedbrydningsprodukterne er generelt mindre giftige end de oprindelige stoffer
- Hele processen er skånsom over for miljøet
Set fra rensningsanlæggenes operatørers perspektiv er visionen om et modul, hvori biosolider gennemgår en svampekur inden udbringning på marken, meget tillokkende. Et sådant trin ville kunne supplere eksisterende processer og hæve det samlede niveau af miljøsikkerhed.
Hvilke hindringer blokerer for praktisk anvendelse af svampe i rensningsanlæg
Selv om resultaterne lyder lovende, er vejen til storskaleanvendelse stadig lang. Det er nødvendigt at verificere, hvordan svampene klarer sig med den fulde blanding af forurenende stoffer, der faktisk er til stede i slam fra forskellige anlæg, og ikke blot med ni udvalgte lægemidler.
Et yderligere problem er at opretholde den biologiske balance. I store anlæg er biosolider fulde af bakterier og andre mikroorganismer, der kan konkurrere med myceliet om plads og næring. Det er desuden nødvendigt at sikre, at eventuelle omdannelsesprodukter af de farmaceutiske forbindelser ikke ophobes i jord eller vand på uønsket vis i et langsigtet perspektiv.
Forskerne fra Johns Hopkins påpeger dog, at disse udfordringer ikke er uoverstigelige. Lignende mykoremedieringsteknologier fungerer allerede inden for andre områder, for eksempel ved sanering af jord forurenet med oliestoffer eller pesticider. Nøglen vil være optimering af vækstbetingelserne for svampene direkte i rensningsanlæggets miljø og at finde den rette balance mellem behandlingshastighed og nedbrydningseffektivitet.
Hvad denne opdagelse betyder for os alle
For byboere er denne historie en påmindelse om, at en tablet taget mod søvnproblemer eller dårligt humør ikke forsvinder sporløst. En del af den ender i rensningsanlægget og derfra videre i forskellig form ud i miljøet. Selv om de reelle doser er minimale, fører det stigende forbrug af antidepressiva til, at forskere søger nye og mere sofistikerede rensningsmetoder.
Denne forskningsretning viser desuden, at ikke ethvert teknologisk puslespil behøver at løses med kompliceret apparatur. Nogle gange er det tilstrækkeligt at forstå de organismer, der i millioner af år har ryddet op i skovene efter døde stammer, og overføre deres talent derhen, hvor vi skaber de største affaldsmængder.
For landmænd, der anvender biosolider, kunne en sådan svampeforbehandling i fremtiden blive et argument for, at de bruger gødning med et lavere indhold af kemikalier. For operatører af rensningsanlæg er det en måde at opfylde stadig strengere krav til mikro-forurening på, uden at det kræver kæmpe investeringer i avancerede membranteknologier.
I baggrunden hviler endnu en interessant konklusion: de samme enzymer, der hjælper svampene med at angribe lignin og psykiatriske lægemidler, kan vise sig nyttige ved nedbrydning af andre modstandsdygtige forurenende stoffer — for eksempel pesticider eller visse ingredienser i kosmetik. Hvis yderligere studier bekræfter denne tilgangs effektivitet, kunne Pleurotus ostreatus og dens slægtninge blive et fast element i moderne spildevandshåndtering.
