Una soluzione sorprendente che viene dalla natura
Un gruppo di ricercatori della Johns Hopkins University ha studiato se i comuni funghi che decompongono il legno siano in grado di degradare i residui di farmaci presenti nei fanghi di depurazione, prima che questi vengano utilizzati come fertilizzante sui terreni agricoli. I risultati si sono rivelati straordinariamente incoraggianti.
Gli antidepressivi moderni e altri psicofarmaci sono progettati per agire intensamente sul cervello e permanere a lungo nell’organismo. Quando vengono espulsi parzialmente, finiscono nel sistema fognario — e una parte delle compresse inutilizzate viene ancora gettata direttamente nel water. Gli impianti di depurazione rimuovono la maggior parte delle impurità, ma non tutti i principi attivi farmaceutici possono essere neutralizzati efficacemente.
Cosa sono i biosolidi e perché rappresentano un problema
Dopo il trattamento delle acque reflue rimane un materiale solido ricco di nutrienti chiamato biosolido, ovvero il fango di depurazione trattato. Negli Stati Uniti e in molti altri paesi viene impiegato come ammendante del suolo e fertilizzante. Con esso, però, arrivano tracce di farmaci, tra cui antidepressivi e ansiolitici.
Diversi studi indicano che anche quantità minime di sostanze farmaceutiche nell’ambiente possono influenzare il comportamento degli animali acquatici e terrestri, e potenzialmente anche la salute umana. Prove concrete del fatto che tali concentrazioni siano direttamente dannose per le persone che consumano colture fertilizzate con biosolidi mancano ancora. I ricercatori sottolineano tuttavia che molti di questi composti sono difficilmente biodegradabili e possono persistere nell’ambiente per tempi molto lunghi.
Come i funghi del marciume bianco decompongono i materiali naturali più resistenti
Il gruppo di ricerca ha rivolto la propria attenzione a organismi che da milioni di anni affrontano uno dei materiali più resistenti in natura: il legno. Si tratta dei cosiddetti funghi del marciume bianco, celebri per la loro capacità di degradare la lignina, il legante estremamente robusto che compone il legno.
A differenza di molti batteri, questi funghi secernono enzimi potenti e relativamente poco selettivi direttamente nell’ambiente circostante. Non si concentrano su una singola sostanza, ma attaccano un ampio spettro di molecole organiche complesse, scomponendole in frammenti più piccoli e generalmente più facilmente biodegradabili.
Il team si è concentrato su due specie ben note. Pleurotus ostreatus, conosciuto in Italia come gelone o fungo ostrica, e Trametes versicolor, un fungo dai colori vivaci che cresce sui tronchi d’albero, comunemente detto poliporello variegato. Entrambe le specie sono ben documentate, facilmente reperibili e da tempo utilizzate in esperimenti ambientali.
La struttura e il metodo dell’esperimento
I ricercatori della Johns Hopkins University hanno raccolto biosolidi da un impianto di depurazione comunale e vi hanno aggiunto nove farmaci attivi sul sistema nervoso centrale. Tra questi figuravano antidepressivi diffusi come il citalopram e il trazodone.
Il materiale così preparato è diventato il substrato di crescita per il micelio di Pleurotus ostreatus e Trametes versicolor. I funghi hanno avuto modo di svilupparsi nel fango per un periodo fino a sessanta giorni, durante i quali i ricercatori hanno misurato regolarmente la quantità di principi attivi ancora presenti nei campioni.
A scopo comparativo, sono stati condotti esperimenti anche in classici mezzi liquidi di laboratorio privi di biosolidi. Questo ha permesso di valutare in che misura la presenza di un’autentica “miscela” di impurità influisse sull’efficienza della degradazione.
Cosa hanno mostrato i risultati dopo due mesi
Dopo due mesi di crescita del micelio, entrambe le specie hanno ridotto la concentrazione di otto delle nove sostanze analizzate. Il grado di rimozione è variato da circa il cinquanta percento fino all’eliminazione quasi totale del farmaco dai biosolidi.
Pleurotus ostreatus si è distinto in modo particolare, “depurando” i campioni da diversi farmaci in maniera quasi completa. Un dato notevole è emerso in più casi: la degradazione ha funzionato meglio in presenza di biosolidi che in una semplice soluzione sintetica. Questo segnala che i test di laboratorio in mezzi liquidi non rispecchiano sempre il comportamento reale della tecnologia nelle condizioni degli impianti di depurazione.
I funghi nascondono semplicemente i farmaci o li degradano davvero
I ricercatori hanno indagato in modo approfondito cosa accade alle molecole farmaceutiche dopo il contatto con il micelio. La domanda cruciale era: i funghi si limitano ad assorbire i farmaci, oppure li trasformano effettivamente in componenti meno nocivi?
La spettrometria di massa avanzata ha consentito di tracciare le variazioni nella composizione chimica dei campioni nel tempo. Sono stati identificati oltre quaranta nuovi composti formati grazie agli enzimi fungini. In molti casi le molecole farmaceutiche erano state scisse in frammenti più piccoli oppure ossidate, ovvero legate a un atomo di ossigeno.
L’analisi tossicologica suggerisce che i prodotti di degradazione siano generalmente meno pericolosi dei farmaci originali. Per una valutazione preliminare della potenziale nocività dei nuovi composti, i ricercatori hanno impiegato uno strumento dell’EPA basato sulla chemioinformatica. Il modello ha indicato che la maggior parte dei prodotti di trasformazione dovrebbe risultare più sicura per gli organismi viventi rispetto ai principi attivi di partenza — un segnale importante per i responsabili delle politiche ambientali e per chi progetta nuove tecnologie di depurazione.
Cos’è la micoaugmentazione e come può aiutare gli impianti di depurazione
Il termine micoaugmentazione compare con frequenza sempre maggiore nella letteratura scientifica. Si riferisce all’introduzione mirata di funghi in ambienti contaminati per accelerare la degradazione di composti nocivi. Lo studio della Johns Hopkins University fornisce argomenti solidi a favore dell’applicazione di questo metodo nel trattamento dei fanghi di depurazione.
I funghi del marciume bianco presentano diversi vantaggi pratici rispetto alle costose tecnologie chimiche o ai filtri avanzati:
- Possono crescere su materiale solido come i biosolidi senza richiedere infrastrutture complesse
- Operano in condizioni relativamente miti, senza alte temperature né pressioni elevate
- Si trovano in natura, sono ben documentati e poco costosi da coltivare
- Gli enzimi prodotti gestiscono intere categorie di composti, non soltanto un singolo contaminante
- Non necessitano di energia elettrica per i processi metabolici di base
- I prodotti di degradazione presentano una tossicità inferiore rispetto ai farmaci originali
Dal punto di vista degli impianti di depurazione, l’idea di un modulo in cui i biosolidi vengano sottoposti a una “cura fungina” prima di essere sparsi sui campi è molto attraente. Un simile passaggio potrebbe integrare i processi esistenti e innalzare il livello complessivo di sicurezza ambientale.
Per chi vive in città, questa vicenda ricorda che una compressa assunta contro l’insonnia o il malumore non scompare senza lasciare traccia. Una parte di essa arriva all’impianto di depurazione e da lì prosegue — in forme diverse — nell’ambiente. Anche se le dosi in gioco sono minime, il consumo crescente di antidepressivi spinge i ricercatori a cercare metodi di depurazione sempre più sofisticati.
Quali sfide restano da superare prima di un utilizzo su larga scala
Nonostante i risultati incoraggianti, la strada verso un’implementazione su grande scala è ancora lunga. Sarà necessario studiare, ad esempio, come i funghi gestiscano l’intera “miscela” di impurità presente nel fango reale proveniente da impianti diversi — e non soltanto nove farmaci selezionati.
Un’altra sfida riguarda il mantenimento dell’equilibrio biologico. Nei grandi impianti i biosolidi sono ricchi di batteri e altri microrganismi che possono competere con il micelio per spazio e nutrimento. Occorre inoltre garantire che eventuali prodotti di trasformazione dei composti farmaceutici non si accumulino indesideratamente nel suolo o nelle acque nel lungo periodo.
Per gli agricoltori che utilizzano i biosolidi, una tale “pre-depurazione” fungina potrebbe in futuro diventare un argomento a favore dell’uso di un fertilizzante con un carico chimico ridotto. Per i gestori degli impianti di depurazione rappresenterebbe un modo per soddisfare requisiti sempre più severi sulle microcontaminazioni, senza investimenti massicci in tecnologie avanzate a membrana.
Merita attenzione un ultimo prospettiva di grande interesse. Gli stessi enzimi che aiutano i funghi ad attaccare la lignina e gli psicofarmaci potrebbero rivelarsi utili nella degradazione di altri inquinanti persistenti, come pesticidi o certi ingredienti cosmetici. Se ulteriori studi confermeranno l’efficacia di questo approccio, Pleurotus ostreatus e i suoi “parenti” potrebbero diventare elementi fissi della moderna gestione delle acque reflue.
