Een verrassende ontdekking aan de Johns Hopkins University
Onderzoekers aan de Johns Hopkins University waagden zich aan een ongewoon experiment: ze wilden weten of gewone houtafbrekende schimmels in staat zijn om medicijnresten in rioolslib af te breken, voordat dat slib als meststof op landbouwgrond wordt gebruikt. De resultaten overtroffen alle verwachtingen.
Moderne antidepressiva en psychofarmaca worden bewust zo ontwikkeld dat ze zo lang mogelijk in het lichaam actief blijven. Na gedeeltelijke uitscheiding belanden ze echter in het riool. Bovendien spoelen mensen nog altijd ongebruikte tabletten direct door het toilet. Conventionele rioolwaterzuiveringsinstallaties verwijderen weliswaar een groot deel van de vervuilende stoffen, maar met werkzame farmaceutische bestanddelen kunnen ze niet overweg.
Wat zijn biosoliden en waarom vormen ze een probleem?
Na het zuiveringsproces ontstaat een dikke, voedingsstofrijke massa: de zogenaamde biosoliden, oftewel verwerkt rioolslib. Zowel in de Verenigde Staten als in veel Europese landen wordt dit materiaal veelvuldig ingezet als meststof of bodemverbeteraar. Maar samen met dat slib kunnen ook sporen van geneesmiddelen op de akkers terechtkomen — waaronder antidepressiva en angstremmers.
Onderzoek wijst erop dat zelfs ogenschijnlijk verwaarloosbare concentraties geneesmiddelen in het milieu het gedrag van water- en bodemdieren kunnen beïnvloeden en mogelijk ook gevolgen hebben voor de menselijke gezondheid. Harde bewijzen dat zulke hoeveelheden daadwerkelijk schadelijk zijn voor mensen die gewassen eten van met biosoliden bemeste grond, ontbreken vooralsnog. Toch waarschuwen wetenschappers dat veel van deze verbindingen in de natuur uiterst moeilijk afbreekbaar zijn.
Hoe witrotschimmels de hardste materialen in de natuur afbreken
Het onderzoeksteam richtte zich op organismen die al miljoenen jaren succesvol omgaan met een van de taaiste materialen die de natuur kent: hout. Het gaat om de witrotschimmels, beroemd om hun vermogen om lignine af te breken — de extreem resistente lijmstof in plantaardige celwanden.
In tegenstelling tot de meeste bacteriën scheiden deze schimmels krachtige enzymen uit met een zeer breed werkingsspectrum. Ze richten zich niet op één specifieke molecule, maar vallen hele groepen complexe organische verbindingen aan en breken die op in kleinere, doorgaans beter afbreekbare stukken.
De onderzoekers kozen twee goed bekende soorten. Pleurotus ostreatus, de in Nederland en Vlaanderen populaire oesterzwam, en Trametes versicolor, een veelkleurige paddenstoel die op boomstammen groeit en bij ons bekendstaat als de elfenbankje. Beide soorten zijn wetenschappelijk uitvoerig beschreven, gemakkelijk verkrijgbaar en worden veelvuldig ingezet in milieugerelateerd onderzoek.
Hoe het experiment met rioolslib verliep
De onderzoekers namen biosoliden uit een echte stedelijke rioolwaterzuiveringsinstallatie en voegden daar negen geneesmiddelen aan toe die op het centrale zenuwstelsel werken. Onder de geteste stoffen bevonden zich populaire antidepressiva zoals citalopram en trazodon.
Dit voorbereide substraat diende als voedingsbodem voor het mycelium van de oesterzwam en de elfenbankje. De schimmels kregen de ruimte om tot zestig dagen op het slib te groeien. Met regelmatige tussenpozen maten de wetenschappers hoeveel werkzame stoffen er nog in de monsters aanwezig waren.
Ter vergelijking werden er parallel ook tests uitgevoerd in een klassiek vloeibaar laboratoriummedium zonder biosoliden. Zo kon worden vastgesteld hoe de echte “mengelmoes” van verontreinigingen de algehele afbraakefficiëntie beïnvloedt.
Wat de resultaten na twee maanden lieten zien
Na twee maanden had het mycelium van beide schimmelsoorten de concentraties van acht van de negen onderzochte stoffen aanzienlijk verlaagd. De mate van verwijdering liep uiteen van ongeveer vijftig procent tot vrijwel volledige eliminatie van een bepaald geneesmiddel uit de biosoliden. De oesterzwam presteerde daarbij bijzonder indrukwekkend: bij een deel van de farmaceutica reinigde hij de monsters praktisch volledig.
Opmerkelijk was ook de bevinding dat de afbraak van geneesmiddelen in aanwezigheid van biosoliden in sommige gevallen zelfs beter verliep dan in een eenvoudige synthetische oplossing. Dat is een belangrijk signaal, want laboratoriumtests in een vloeibaar medium hoeven niet altijd nauwkeurig weer te geven hoe een technologie onder reële omstandigheden functioneert.
Breken schimmels de medicijnen echt af, of verbergen ze ze alleen maar?
De centrale vraag was duidelijk: nemen schimmels de farmaceutica op, of breken ze die daadwerkelijk op in minder schadelijke bestanddelen? Om dat te achterhalen gebruikten de wetenschappers geavanceerde massaspectrometrie, waarmee het mogelijk is de chemische samenstelling van monsters in de loop van de tijd te volgen.
Ze identificeerden meer dan veertig nieuwe verbindingen die ontstonden door de werking van schimmelenzymen. In veel gevallen werden medicijnmoleculen in kleinere fragmenten gesplitst of geoxideerd — dus verrijkt met een zuurstofatoom. Voor een voorlopige beoordeling van de giftigheid van deze nieuwe producten werd een chemoinformatica-instrument van het Amerikaanse EPA ingezet.
Het model gaf aan dat de meeste omzettingsproducten voor levende organismen veiliger zouden moeten zijn dan de oorspronkelijke werkzame stoffen. Het gaat dus niet louter om het verplaatsen van het probleem, maar om een werkelijke chemische “ontgifting” van de biosoliden. Dat is een uiterst relevante conclusie voor beleidsmakers op het gebied van milieubescherming.
Wat is mycoaugmentatie en waarom interesseert het rioolwaterzuiveraars?
In wetenschappelijke kringen wint het begrip mycoaugmentatie steeds meer terrein: het doelbewust inbrengen van schimmels in een verontreinigde omgeving om de afbraak van schadelijke verbindingen te versnellen. Deze studie levert overtuigende argumenten dat zo’n aanpak ook zinvol is in de context van rioolslib.
Witrotschimmels hebben ten opzichte van dure chemische technologieën of geavanceerde membraanfilters een hele reeks praktische voordelen:
- Ze kunnen direct op een vast substraat groeien, zoals biosoliden, zonder nood aan complexe infrastructuur
- Ze functioneren onder relatief milde omstandigheden — zonder hoge temperaturen of druk
- Ze zijn algemeen beschikbaar in de natuur, goed wetenschappelijk beschreven en goedkoop te kweken
- De enzymen die ze produceren zijn effectief tegen hele groepen verbindingen, niet slechts één type verontreiniging
- Ze hebben geen elektrische energie nodig voor hun basale stofwisselingsprocessen
- De afbraakproducten vertonen een lagere giftigheid dan de oorspronkelijke farmaceutica
Vanuit operationeel oogpunt is het verleidelijk om te denken aan een speciale module waarin biosoliden vóór transport naar het veld een zogenaamde “schimmelkuur” ondergaan. Zo’n aanvullende stap zou kunnen aansluiten op bestaande processen en het algehele niveau van ecologische veiligheid aanzienlijk verhogen.
Voor de gewone stadsbewoner is dit nieuws tegelijkertijd een herinnering: een slaappil of een antidepressivum dat ’s ochtends met de koffie wordt ingenomen, verdwijnt niet zomaar spoorloos uit het lichaam. Een deel van het geneesmiddel belandt in de rioolwaterzuivering en gaat van daaruit — in verschillende vormen — verder het milieu in. En omdat het gebruik van antidepressiva wereldwijd blijft toenemen, zal de druk om nieuwe en doeltreffendere zuiveringsmethoden te vinden alleen maar groter worden.
Hindernissen die nog overwonnen moeten worden
Ondanks de veelbelovende resultaten is de weg van laboratoriumexperiment naar toepassing op industriële schaal nog lang. Een van de voornaamste uitdagingen is nagaan hoe schimmels omgaan met de volledige “soep” aan verontreinigingen die in het slib van verschillende rioolwaterzuiveringsinstallaties aanwezig is — en niet enkel met negen vooraf geselecteerde geneesmiddelen.
Een ander knelpunt is het behoud van het biologisch evenwicht. In grootschalige installaties zitten biosoliden vol bacteriën en andere micro-organismen die met het mycelium kunnen concurreren om ruimte en voedingsstoffen. Het is bovendien essentieel om te garanderen dat eventuele omzettingsproducten van farmaceutische verbindingen zich op langere termijn niet op ongewenste wijze in de bodem of het water ophopen.
Voor landbouwers die biosoliden gebruiken, zou zo’n schimmelvoorbehandeling in de toekomst een sterk argument kunnen zijn — het bewijs dat ze een meststof toepassen met een aanzienlijk lagere chemische belasting. Voor beheerders van rioolwaterzuiveringsinstallaties zou het een manier zijn om steeds strengere normen voor microverontreinigingen te halen zonder gigantische investeringen in geavanceerde technologieën.
Tot slot een prikkelende gedachte: dezelfde enzymen die schimmels in staat stellen zowel lignine als psychofarmaca af te breken, zouden mogelijk ook effectief kunnen zijn bij de eliminatie van andere hardnekkige verontreinigende stoffen — zoals pesticiden of bepaalde cosmetische ingrediënten. Als toekomstig onderzoek dat bevestigt, zouden de oesterzwam en zijn verwanten weleens een vaste plaats kunnen veroveren in het moderne systeem van afvalwaterzuivering.
