I residui farmaceutici dagli impianti di depurazione finiscono nei campi agricoli
Tracce di antidepressivi e altri medicinali provenienti dagli impianti di depurazione raggiungono i terreni agricoli insieme ai fertilizzanti. Un gruppo di ricercatori della Johns Hopkins University ha però individuato una soluzione sorprendente: comuni funghi del legno sono in grado di degradare queste sostanze farmaceutiche prima che arrivino nel suolo.
Antidepressivi e altre molecole psicotrope sono state progettate per agire nel cervello umano, non nella terra coltivata. Quando una compressa viene ingerita, l’organismo espelle le sostanze attive e una parte di esse finisce nelle fognature. Lo stesso accade quando le persone smaltiscono i medicinali scaduti nel water. Gli impianti di depurazione eccellono nell’eliminare batteri e metalli pesanti, ma i composti chimici complessi presenti nei farmaci attraversano l’intero processo praticamente intatti.
I biosolidi trasportano un cocktail di farmaci nei campi
Dalle acque reflue si ottiene quello che viene chiamato biosolido — un fango ricco di azoto, fosforo e sostanza organica, ampiamente utilizzato come ammendante e fertilizzante. Ma insieme a esso arriva un’intera miscela di composti farmaceutici. Alcuni studi suggeriscono che le piante possano assorbire frammenti di queste sostanze e, sebbene non esistano ancora prove definitive che tornino sulle nostre tavole attraverso gli alimenti, il rischio per gli esseri umani e per gli ecosistemi cresce costantemente.
Anche quantità minime di farmaci psicotropi possono alterare il comportamento degli organismi. Per questo gli esperti li classificano come inquinanti che richiedono un’attenzione particolare. I ricercatori della Johns Hopkins University hanno quindi deciso di cercare un metodo non convenzionale per risolvere il problema prima che il fango contaminato lasci l’impianto di depurazione.
Perché le tecnologie depurative tradizionali falliscono con i farmaci moderni
Le tecnologie di depurazione convenzionali sono state sviluppate con l’obiettivo di eliminare microrganismi patogeni e composti chimici relativamente semplici. I sistemi biologici e chimici sono eccellenti per ridurre patogeni e metalli, ma i farmaci psicotropi appartengono a una categoria completamente diversa. Si tratta di molecole complesse, progettate per persistere a lungo nell’organismo e degradarsi con estrema lentezza.
Il risultato è che un impianto di depurazione può tranquillamente “vincere” contro i batteri, ma perde la battaglia contro i medicinali moderni. I composti farmaceutici si legano al materiale organico del fango e sopravvivono indenni all’intero processo di trattamento. Quando questo fango viene distribuito sui campi, le sostanze possono nel tempo influenzare la vita nel suolo e nelle acque e accumularsi lungo la catena alimentare.
I ricercatori hanno quindi adottato un approccio diverso: invece di ricorrere a chimica avanzata, hanno puntato su organismi che risolvono compiti simili da milioni di anni. Si è scoperto che i funghi che crescono sul legno possono rivelarsi uno strumento sorprendentemente efficace.
I funghi della carie bianca come bioreattori naturali
Il gruppo di ricerca ha scelto di lavorare con organismi che da tempo immemorabile degradano sostanze particolarmente resistenti. Si tratta dei cosiddetti funghi della carie bianca, noti per la loro capacità di decomporre la lignina, ovvero lo “scheletro” duro del legno. A differenza di molti batteri, che utilizzano enzimi interni, questi funghi secernono nell’ambiente enzimi potenti e aspecifici, capaci di attaccare un ampio spettro di molecole complesse.
Questa flessibilità enzimatica rende i funghi della carie bianca particolarmente adatti ad aggredire i farmaci fortemente legati al materiale organico del fango. Per gli esperimenti sono state selezionate due specie ben conosciute in cucina o durante le passeggiate nel bosco: il Pleurotus ostreatus — il popolare fungo ostrica commestibile — e il Trametes versicolor, noto in italiano come fungo coda di tacchino per la forma dei suoi carpofori.
Entrambe le specie sono facilmente reperibili, ben studiate e in grado di crescere su substrati molto diversi, il che è estremamente rilevante dal punto di vista degli impianti di depurazione. I ricercatori della Johns Hopkins University hanno quindi verificato se questi funghi siano in grado di “digerire” i farmaci nascosti nel fango prima che quest’ultimo venga usato come fertilizzante.
Come si è svolto l’esperimento con la depurazione fungina
I ricercatori hanno prelevato biosolidi da un impianto di depurazione municipale e li hanno arricchiti deliberatamente con nove principi attivi di farmaci psicotropi, tra cui antidepressivi ampiamente diffusi come il citalopram e il trazodone. Successivamente hanno inoculato il fango con micelio di fungo ostrica e di Trametes versicolor, lasciandoli crescere fino a sessanta giorni.
In parallelo hanno condotto un esperimento di controllo: gli stessi composti sono stati disciolti in una soluzione di laboratorio priva di fango. Questo ha permesso di confrontare il comportamento dei farmaci in condizioni controllate rispetto al materiale reale e complesso proveniente dall’impianto. Per tutta la durata dello studio, la spettrometria di massa ad alta risoluzione è stata impiegata per misurare le concentrazioni delle singole molecole e identificare i prodotti generati durante la degradazione.
In questo modo è stato possibile valutare non solo se qualcosa scomparisse, ma anche in cosa venisse trasformato. I risultati hanno sorpreso gli stessi ricercatori della Johns Hopkins University.
L’efficacia ha raggiunto il cento per cento per alcune sostanze
Entrambe le specie fungine hanno ottenuto risultati sorprendentemente positivi. Ciascuna di esse ha degradato otto dei nove composti testati, spesso in misura molto elevata. I dati concreti hanno evidenziato quanto segue:
- In molti campioni si è registrata una riduzione della concentrazione di circa il cinquanta per cento nell’arco di due mesi
- In diversi casi i funghi hanno depurato il fango quasi completamente dalla sostanza farmacologica in questione
- Il Pleurotus ostreatus si è dimostrato particolarmente efficace nella degradazione di diversi antidepressivi, con un tasso di rimozione superiore al novanta per cento
- Alcune sostanze si sono degradate meglio nel fango “sporco” che nella soluzione di laboratorio preparata in condizioni ideali
- Il Trametes versicolor ha mostrato risultati stabili su diverse tipologie di farmaci
- Gli enzimi fungini hanno operato efficacemente anche alle temperature più basse tipiche degli impianti di depurazione
È degno di nota il fatto che alcune sostanze si siano degrade meglio proprio nell’ambiente “contaminato” che in una soluzione di laboratorio pura. Ciò suggerisce che l’ambiente reale, con tutta la sua caotica chimica e microbiologia, possa in realtà favorire l’azione degli enzimi fungini. I ricercatori della Johns Hopkins University considerano questo un risultato molto incoraggiante in termini di applicabilità pratica.
Si formano nuovi composti tossici durante la degradazione?
L’obiezione più frequente a molti metodi di depurazione è: “al posto di un inquinante ne creiamo un altro, forse ancora più pericoloso”. In questo progetto i ricercatori hanno quindi dedicato grande attenzione all’analisi dei prodotti di degradazione. Hanno identificato oltre quaranta composti che si formano quando i funghi “scompongono” le molecole farmaceutiche — spesso tagliandole in frammenti più piccoli o aggiungendo atomi di ossigeno.
Per valutare le proprietà di queste sostanze hanno utilizzato uno strumento dell’agenzia americana EPA, che prevede la tossicità potenziale sulla base della struttura chimica. La grande maggioranza dei prodotti di degradazione si è rivelata meno nociva dei composti di partenza. Si tratta di un argomento solido a favore del fatto che il “processo di depurazione” dei funghi riduca concretamente la minaccia, anziché spostarla semplicemente da una forma a un’altra.
Le analisi tossicologiche indicano che il micelio non immagazzina i farmaci nella propria biomassa, ma li neutralizza trasformandoli in particelle meno pericolose. I ricercatori sottolineano che proprio questo aspetto è stato fondamentale per valutare se il metodo abbia senso su larga scala.
La micoaugmentazione come nuovo approccio negli impianti di depurazione
I ricercatori parlano di cosiddetta micoaugmentazione — l’uso deliberato di funghi per potenziare i processi di depurazione. Dal punto di vista pratico, l’idea è attraente perché i funghi della carie bianca non richiedono condizioni sterili, possono crescere su rifiuti organici, producono enzimi efficaci su un ampio spettro di composti e sono relativamente economici da coltivare.
Questo tipo di “moduli fungini” potrebbe in futuro essere integrato nelle linee di trattamento dei biosolidi già esistenti. Per esempio attraverso fasi di maturazione aggiuntive, in cui il fango riposa in tunnel, cumuli o container, lasciando al micelio il tempo di agire prima che il fertilizzante raggiunga i campi. Alcuni impianti di depurazione in Oregon e in California stanno già testando progetti pilota simili.
Un ulteriore vantaggio è che sia il Pleurotus ostreatus che il Trametes versicolor sono specie comunemente consumate o utilizzate in ambito medicinale, quindi la loro sicurezza è ben documentata. Esperti di università di Baltimora e di Seattle considerano la micoaugmentazione una direzione promettente nel campo del biorisanamento ambientale.
Cosa significa questa scoperta per l’agricoltura e la salute pubblica
Oggi i biosolidi sono in molti paesi una componente importante dell’economia circolare: invece di smaltire il fango, lo si utilizza per migliorare la fertilità del suolo. Allo stesso tempo cresce la pressione per limitare il “bagaglio” chimico che viene rilasciato nell’ambiente. Se le tecnologie basate sui funghi potessero essere perfezionate, gli agricoltori potrebbero potenzialmente beneficiare del valore nutritivo del fango con minori rischi che questo porti nei campi un cocktail di farmaci psicotropi.
Per la popolazione ciò significherebbe un rischio ridotto che quantità microscopiche di antidepressivi e altri farmaci circolino tra le fognature, il suolo, l’acqua e gli alimenti. Per gli organismi acquatici e del suolo comporterebbe una minore esposizione a sostanze che interferiscono con i sistemi nervosi. I ricercatori della Johns Hopkins University sottolineano che, sebbene si tratti ancora di una fase di laboratorio, il potenziale per un’applicazione reale è enorme.
Naturalmente nessuna soluzione singola potrà risolvere completamente il problema dei farmaci nell’ambiente. Nemmeno i funghi più efficaci possono sostituire una gestione responsabile dei medicinali — evitare di gettarli nel water, limitare la sovraprescrizione e sviluppare preparati più facilmente biodegradabili. Ma il “depuratore fungino” potrebbe diventare un tassello importante in un puzzle più grande, in cui tecnologia, medicina ed ecologia iniziano finalmente a collaborare. Forse proprio questa combinazione di conoscenza tradizionale sui funghi e scienza moderna è la chiave per una svolta nella protezione dei nostri suoli e delle nostre acque dai farmaci che non dovrebbero trovarsi lì.
