Sopp som naturens eigne reinsingsanlegg
Forskarar ved Johns Hopkins University har oppdaga at vanlege tresopp er i stand til å bryte ned restar av legemiddel i kloakkslam, før dette vert spreidd på jorda som gjødsel. Funna kan fundamentalt endre korleis vi forstår moderne avløpsreinsing.
Moderne psykiatriske legemiddel er laga for å verke kraftig på hjernen og bli lenge i kroppen. Etter delvis utskiljing hamnar dei i kloakken, og ein del ubrukte tablettar vert framleis skylde ut i toalettet. I reinsingsanlegg forsvinn det meste av forureininga, men ikkje alle aktive stoff frå legemiddel lèt seg enkelt fjerne.
Kva er biosolid, og kvifor er det eit problem
Når avløpsvatn er reinsa, sit ein att med eit næringsrikt restprodukt kalla biosolid — altså bearbeidd kloakkslam. I USA og mange andre land vert dette brukt som jordforbetringsmiddel og gjødsel. Med det kan det følgje spormengder av legemiddel ut på markene, mellom anna antidepressiva og beroligande middel.
Undersøkingar tyder på at sjølv minimale konsentrasjonar av legemiddel i miljøet kan påverke åtferda til vatn- og jorddyr, og potensielt også helsa til menneske. Det manglar framleis solide prov på at slike mengder verkeleg skader forbrukarar av avlingar frå markar gjødsla med biosolid. Likevel understrekar forskarar at mange av desse sambindingane bryt seint ned og kan opphalde seg i miljøet svært lenge.
Kvite råtnesopp som naturleg enzymfabrikk
Forskarlaget valde å arbeide med organismar som i millionar av år har handtert eit av naturens hardaste materiale — tre. Det dreier seg om såkalla kvite råtnesopp, som er kjende for evna si til å bryte ned lignin, det svært motstandsdyktige bindestoffet i tre.
I motsetnad til mange bakteriar skil desse soppane ut kraftige og breitt verkande enzym til omgjevnadene. Dei er ikkje interesserte i éin bestemt sambinding, men angrip heile spekteret av komplekse organiske molekyl og deler dei opp i mindre, typisk lettare nedbrytbare delar.
Forskarane konsentrerte seg om to velkjende artar. Den første er Pleurotus ostreatus, betre kjend som østerssopppen, ein utbreidd matsopp. Den andre er Trametes versicolor, ein fargerik konsollsopp som veks på trestammar og ofte vert kalla kalkunhale. Begge artar er godt studerte, lett tilgjengelege og har lenge vore brukte i miljøeksperiment.
Slik gjekk eksperimentet med kloakkslam føre seg
Laget frå Johns Hopkins tok biosolid frå eit kommunalt reinsingsanlegg og tilsette ni legemiddel som verkar på sentralnervesystemet. Mellom dei fanst populære antidepressiva som citalopram og trazodon.
Dette blanda materialet tente som vekstunderlag for myceliet til østerssopppen og Trametes versicolor. Soppane fekk vekse på slammet i maksimalt seksti dagar. I løpet av denne perioden målte forskarane jamleg kor mykje av dei aktive stoffa som framleis var att i prøvane.
Resultata viste at begge sopparter klarte seg godt mot det meste av dei testa legemidla, og i mange tilfelle fall konsentrasjonen til nær null. Til samanlikning gjennomførte dei òg forsøk i klassiske flytande laboratoriemedia utan biosolid — det gav høve til å vurdere korleis den verkelege forureina blandinga påverka nedbrytingseffektiviteten.
Forskarane dokumenterte dermed at soppane ikkje berre fungerer under kontrollerte tilhøve, men òg i eit miljø fullt av konkurrerende mikroorganismar og ulike kjemiske stoff. Dette er ein avgjerande innsikt for eventuell praktisk bruk.
Kor effektive er soppane eigentleg til å fjerne legemiddel
Etter to månader med soppaktivitet reduserte begge artar konsentrasjonen av åtte av ni undersøkte stoff. Fjerningsgraden varierte frå om lag femti prosent til nær fullstendig eliminering av det aktuelle legemiddelet frå biosoliden.
Østerssopppen klarte seg særleg godt og reinsa prøven nesten fullstendig for ein del av legemidla. Det var påfallande at nedbrytinga i visse tilfelle gjekk betre i nærvær av biosolid enn i ei enkel kunstig oppløysing. Det signaliserer at testing utelukkande i flytande media ikkje alltid speglar korleis teknologien fungerer under realistiske tilhøve.
Forskarane fann dessutan at enzyma soppane produserer ikkje verkar selektivt. Dei angrip i staden eit breitt utval av molekyl, noko som inneber eit potensial for å reinse for fleire typar forureinande stoff på éin gong — ein eigenskap som markant kan redusere kostnadene ved heile prosessen.
Bryt soppane ned legemidla — eller gøymer dei dei berre
Forskarane viste særleg merksemd til spørsmålet om kva som skjer med legemiddelmolekyla etter kontakt med myceliet. Det sentrale spørsmålet var: absorberer soppane berre legemidla, eller vert dei faktisk brote ned til mindre skadelege komponentar?
Avansert massespektrometri kom til hjelp og gjorde det mogleg å overvake korleis den kjemiske samansetjinga av prøvane endra seg over tid. Forskarane identifiserte over førti nye sambindingar som oppstod som følgje av soppenzymanes aktivitet. I mange tilfelle vart legemiddelmolekyla kutta i mindre fragment eller oksiderte — altså tilført eit oksygenatom.
Toksisitetsanalysen tyder på at nedbrytingsproduktane generelt er mindre farlege enn dei opphavlege legemidla, noko som peikar mot verkeleg avgifting framfor berre å flytte problemet ein annan stad. Til innleiande vurdering av dei nye sambindingane sitt potensielle skadepotensiale nytta forskarane eit EPA-basert kjemoinformatikkverktøy. Modellen viste at dei fleste omvandlingsproduktane truleg vil vere tryggare for levande organismar enn dei opphavlege aktive stoffa.
Dette resultatet er eit svært viktig signal for dei som har ansvar for miljøpolitikk og planlegging av nye reinsingsteknologiar. Det dokumenterer nemleg at mykoaugmentering ikkje berre er ei forskyving av risikoen til ein annan form, men ei verkeleg løysing.
Kva mykoaugmentering tyder for framtidas reinsingsanlegg
I den faglege litteraturen dukkar omgrepet mykoaugmentering opp stadig oftare. Det handlar om målretta tilsetjing av sopp til forureina miljø for å framskunde nedbrytinga av skadelege sambindingar. Studiet frå Johns Hopkins gjev sterke argument for at denne metoden gjev meining i samband med kloakkslam.
Kvite råtnesopp har ei rekkje praktiske fordelar samanlikna med dyre kjemiske teknologiar eller avanserte filter:
- Dei kan vekse på fast materiale som biosolid utan behov for kompleks infrastruktur
- Dei fungerer under relativt milde tilhøve utan høge temperaturar eller trykk
- Dei er utbreidde i naturen og godt studerte, og dyrking av dei er rimelig
- Enzyma dei produserer kan handtere heile grupper av sambindingar framfor éin einskild forureining
- Dei krev ikkje konstant tilføring av kjemikaliar eller energikrevjande prosessar
- Dei kan enkelt kombinerast med eksisterande reinsingsteknologiar
- Nedbrytingsproduktane er generelt mindre giftige enn dei opphavlege stoffa
- Heile prosessen er skånsam overfor miljøet
Sett frå operatørane ved reinsingsanlegga sitt perspektiv er visjonen om ein modul der biosolid gjennomgår ein soppkur før utkøyring på marka svært freistande. Eit slikt steg kunne supplere eksisterande prosessar og heve det samla nivået av miljøtryggleik.
Kva hindrar praktisk bruk av sopp i reinsingsanlegg
Sjølv om resultata høyrest lovande ut, er vegen til storskalabruk framleis lang. Det er nødvendig å stadfeste korleis soppane klarer seg med den fulle blandinga av forureinande stoff som faktisk finst i slam frå ulike anlegg, og ikkje berre med ni utvalde legemiddel.
Eit ytterlegare problem er å halde ved like den biologiske balansen. I store anlegg er biosolid fullt av bakteriar og andre mikroorganismar som kan konkurrere med myceliet om plass og næring. Det er dessutan nødvendig å sikre at eventuelle omvandlingsprodukt av dei farmasøytiske sambindingane ikkje hoppar seg opp i jord eller vatn på uønskt vis over tid.
Forskarane frå Johns Hopkins påpeikar likevel at desse utfordringane ikkje er uoverstigelege. Liknande mykoremedieringsteknologiar fungerer allereie på andre område, til dømes ved opprydding av jord forureina med oljestoffer eller pesticid. Nøkkelen vil vere å optimalisere vekstvilkåra for soppane direkte i reinsingsanleggets miljø og å finne den rette balansen mellom behandlingsfart og nedbrytingseffektivitet.
Kva denne oppdaginga tyder for oss alle
For bybuarar er denne historia ei påminning om at ein tablett teken mot søvnproblem eller dårleg humør ikkje forsvinn sporlaust. Ein del av han hamnar i reinsingsanlegget og derifrå vidare i ulik form ut i miljøet. Sjølv om dei reelle dosane er minimale, fører det aukande forbruket av antidepressiva til at forskarar søkjer nye og meir sofistikerte reinsingssmetodar.
Denne forskingsretninga viser dessutan at ikkje kvart einaste teknologisk puslespel treng å løysast med komplisert utstyr. Til tider er det nok å forstå dei organismane som i millionar av år har rydda opp i skogane etter daude stammar, og overføre talentet deira dit vi skapar dei største avfallsmengdene.
For bønder som nyttar biosolid, kunne ei slik soppforbehandling i framtida bli eit argument for at dei bruker gjødsel med lågare innhald av kjemikaliar. For operatørar av reinsingsanlegg er det ein måte å oppfylle stadig strengare krav til mikroforureining på, utan at det krev gigantiske investeringar i avansert membranteknologi.
I bakgrunnen kviler endå ein interessant konklusjon: dei same enzyma som hjelper soppane med å angripe lignin og psykiatriske legemiddel, kan vise seg nyttige ved nedbrytinga av andre motstandsdyktige forureinande stoff — til dømes pesticid eller visse ingrediensar i kosmetikk. Dersom fleire studiar stadfester effektiviteten til denne tilnærminga, kunne Pleurotus ostreatus og slektningane hennar bli eit fast innslag i moderne avløpshandtering.
