Výzkum z Johns Hopkins: houby versus farmaceutické zbytky v kalu
Vědci z Johns Hopkins University se rozhodli otestovat něco neobvyklého – zda běžné dřevní houby zvládnou rozložit pozůstatky léčivých přípravků v čistírenském kalu ještě před tím, než tento materiál skončí jako hnojivo na zemědělské půdě.
Moderní antidepresiva a anxiolytika jsou záměrně navržena tak, aby v těle vydržela co nejdéle a účinně ovlivňovala nervový systém. Po částečném vyloučení z organismu se dostávají do kanalizace. Nemalé množství nevyužitých tablet navíc lidé jednoduše splachují do záchodu. Běžné čistírny odpadních vod sice odstraní velkou část nečistot, avšak s mnoha účinnými farmaceutickými látkami si neumějí poradit.
Po procesu čištění vzniká hustý materiál bohatý na živiny – odborně označovaný jako biosolidy neboli upravený čistírenský kal. Ve Spojených státech i v řadě dalších zemí slouží jako hnojivo nebo prostředek ke zlepšení kvality půdy. Problém je, že spolu s ním mohou na pole putovat stopová množství různých léků včetně antidepresiv a sedativ.
Dosavadní výzkumy naznačují, že i velmi malá množství léčiv v životním prostředí mohou ovlivňovat chování vodních a půdních živočichů a potenciálně i lidské zdraví. Přímé důkazy o škodlivosti takových dávek pro konzumenty potravin z polí hnojených biosolidy sice zatím chybí, vědci však upozorňují, že mnohé z těchto sloučenin se v prostředí rozkládají jen velmi obtížně.
Houby bílé hniloby: přírodní továrna na silné enzymy
Výzkumný tým se obrátil na organismy, které se miliony let přirozeně vyrovnávají s jedním z nejodolnějších materiálů v přírodě – dřevem. Takzvané houby bílé hniloby jsou proslulé schopností rozkládat lignin, tedy extrémně pevnou složku, která dřevu dodává jeho strukturu.
Na rozdíl od většiny bakterií tyto houby vylučují do okolního prostředí mimořádně silné a zároveň málo specifické enzymy. Nezaměřují se na jednu jedinou sloučeninu – naopak dokážou napadat celé spektrum složitých organických molekul a štěpit je na menší, zpravidla snáze rozložitelné části.
Vědci se soustředili na dva dobře známé druhy. Pleurotus ostreatus, v Česku oblíbená hlíva ústřičná, a Trametes versicolor, pestrobarevná chorošovitá houba rostoucí na kmenech stromů, známá jako ocasatka pestrá. Oba druhy jsou snadno dostupné, levně pěstovatelné a v environmentálních experimentech dlouhodobě prověřené.
Jak přesně pokus s čistírenským kalem probíhal
Tým odebral biosolidy z městské čistírny odpadních vod a záměrně je obohatil o devět léků působících na centrální nervový systém. Mezi testovanými látkami se ocitla například oblíbená antidepresiva citalopram nebo trazodon.
Takto připravený materiál se stal živnou půdou pro mycelium hlívy ústřičné i ocasatky pestré. Houby na kalu rostly po dobu až šedesáti dní, přičemž vědci v pravidelných intervalech měřili, kolik účinných látek ve vzorcích ještě zbývá.
Výsledky byly překvapivě přesvědčivé – oba druhy si poradily s většinou testovaných léčiv a koncentrace mnoha z nich klesla téměř na nulu. Pro srovnání probíhaly souběžně také experimenty v klasickém tekutém laboratorním médiu bez biosolidů. Tím bylo možné ověřit, jak reálná „směs“ nečistot ovlivňuje celkovou účinnost rozkladu.
Jak velké procento léků houby z kalu skutečně odstraní
Po dvou měsících práce mycelia oba druhy hub snížily hladinu osmi z devíti zkoumaných látek. Míra odstranění se pohybovala přibližně od padesáti procent až po téměř úplnou eliminaci daného léčiva z biosolidů.
Obzvlášť výrazných výsledků dosahovala hlíva ústřičná, která u části farmaceutik vzorek prakticky kompletně „vyčistila“. Zajímavé přitom je, že v některých případech probíhal rozklad léčiv lépe přímo v přítomnosti biosolidů než v jednoduchém umělém roztoku. To je důležité zjištění – laboratorní testy v tekutém prostředí totiž ne vždy přesně předpoví, jak technologie funguje v reálných podmínkách.
Zvláštní pozornost věnovali vědci otázce, co se s molekulami léků po kontaktu s myceliem vlastně děje. Klíčové bylo zjistit, zda houby farmaceutika jen pohlcují, nebo je skutečně rozkládají na méně škodlivé složky. K zodpovězení této otázky posloužila pokročilá hmotnostní spektrometrie, která umožňuje sledovat proměny chemického složení vzorků v čase.
Analýza odhalila více než čtyřicet nových sloučenin vznikajících působením houbových enzymů. Molekuly léků byly v mnoha případech rozštěpeny na menší fragmenty nebo oxidovány – tedy obohaceny o atom kyslíku. Hodnocení toxicity naznačuje, že produkty rozkladu jsou zpravidla méně nebezpečné než původní léčiva. Nejde tedy o pouhý přesun problému jinam, ale o jeho skutečné řešení.
Mykoaugmentace: nová naděje pro moderní čistírny odpadních vod
Ve vědeckých kruzích se stále častěji skloňuje pojem mykoaugmentace – tedy cílené zavádění hub do znečištěného prostředí za účelem urychlení rozkladu škodlivých sloučenin. Výsledky studie z Johns Hopkins přinášejí silné argumenty ve prospěch využití této metody právě u čistírenských kalů.
Houby bílé hniloby mají oproti drahým chemickým technologiím a pokročilým filtrům řadu praktických výhod:
- rostou přímo na pevném materiálu, jako jsou biosolidy, bez potřeby složité infrastruktury
- fungují za relativně mírných podmínek bez vysokých teplot nebo tlaků
- jsou běžně dostupné v přírodě, dobře prozkoumané a jejich pěstování je finančně nenáročné
- enzymy, které produkují, si poradí s celými skupinami sloučenin najednou, nikoli jen s jedním typem znečištění
- nevyžadují elektrickou energii ani speciální reaktory z nerezové oceli
- mycelium lze po dokončení procesu kompostovat nebo využít jako pěstební substrát
Z hlediska čistíren odpadních vod je lákavá představa speciálního modulu, v němž biosolidy před vyvezením na pole projdou takzvanou „houbovou kúrou“. Takový stupeň by mohl doplňovat stávající procesy a výrazně zvýšit celkovou úroveň environmentální bezpečnosti.
Které překážky mohou zpomalit nasazení hub ve velkém měřítku
Přestože výsledky znějí slibně, cesta k širokému praktickému využití je stále dlouhá. Bude zapotřebí ověřit, jak si houby poradí s celou „polévkou“ znečišťujících látek přítomných ve skutečných kalech z různých čistíren – a ne jen s devíti vybranými léky.
Dalším úskalím je udržení biologické rovnováhy. Ve velkých instalacích jsou biosolidy plné bakterií a jiných mikroorganismů, které mohou s myceliem soupeřit o prostor a živiny. Zároveň je nutné důkladně prověřit, zda se případné produkty přeměny farmaceutických sloučenin nekumulují v půdě nebo vodě nežádoucím způsobem v delším časovém horizontu.
Pro obyvatele měst je celý příběh zajímavou připomínkou jednoduché reality: tableta spolknutá na spaní nebo zlepšení nálady nezmizí beze stopy. Část jejích složek skončí v čistírně a odtud – v různých podobách – dál v životním prostředí. A s rostoucím rozšířením antidepresiv ve společnosti roste i tlak na hledání sofistikovanějších metod čištění.
Co tento objev přináší zemědělcům a provozovatelům čistíren
Pro zemědělce využívající biosolidy jako hnojivo by houbové předčištění mohlo v budoucnu představovat zárukou nižšího chemického zatížení aplikovaného materiálu. Pro provozovatele čistíren by šlo o způsob, jak splnit stále přísnější normy týkající se mikroznečištění – a to bez nutnosti obrovských investic do pokročilých membránových technologií.
Za celým výzkumem se skrývá ještě jeden podnětný závěr. Tytéž enzymy, které houbám pomáhají rozkládat lignin i psychiatrická léčiva, by se mohly ukázat jako užitečné i při likvidaci jiných houževnatých kontaminantů – například pesticidů nebo některých složek kosmetických přípravků.
Pokud další výzkumy potvrdí účinnost tohoto přístupu, hlíva ústřičná a její houbové „příbuzné“ se mohou stát nedílnou součástí moderního hospodaření s vodními odpady. Celý tento směr bádání ukazuje na něco povzbudivého: ne každou technologickou výzvu je třeba řešit pomocí komplikované aparatury. Někdy stačí dobře porozumět organismům, které miliony let přirozeně uklízejí lesy od odumřelých kmenů, a přenést jejich talent tam, kde my sami vytváříme největší množství odpadů.
