研究显示白腐真菌可降解生物固体中多种精神活性药物残留

抗抑郁药等精神活性药物在进入人体后可通过排泄物进入污水系统,未使用药物被冲入下水道也可能带来同类残留。相关化合物在污水处理后仍可能以痕量形式留存在生物固体中,并随生物固体作为肥料或土壤调理剂施用于农田而进入环境。

传统处理对复杂有机物去除有限

研究人员指出,现有污水处理工艺在杀灭病原体、降低金属含量方面效果较好,但对复杂有机化学物质的中和能力相对不足。为降低生物固体在土地利用前的药物污染风险,约翰斯·霍普金斯大学环境健康与工程系(涵盖彭博公共卫生学院和惠廷工程学院)团队评估了一种基于真菌的处理思路。

该团队在发表于《ACS Environmental Au》的研究中报告,两种白腐真菌——蚝蘑菇(Pleurotus ostreatus)与火鸡尾蘑菇(Trametes versicolor)——能够降解生物固体中常见的多种精神活性药物。

生物固体施用与药物残留关注

生物固体富含氮、磷及有机物质,在美国被广泛用于农业施肥和土壤改良。研究团队提到,已有研究显示,施用生物固体改良的土壤或使用废水灌溉的农作物可能吸收部分药物化合物,但目前尚无确凿证据表明这些化学物质会通过食用相关作物进入人体。

论文第一作者、博士生凯特·伯格纳(Kate Bergner)表示,即便是微量摄入也可能产生心理影响,因此这类化合物被视为值得关注的污染物;其中不少化合物难以降解,可能在环境中持续存在,并对水生生物产生毒性影响。

以分解木质素著称的白腐真菌被用于试验

研究团队将重点放在白腐真菌上。此类真菌以分解木材中结构复杂的木质素而闻名,其释放到环境中的酶具有“非特异性”特征,可作用于多种复杂分子。研究人员认为,这一特性使其可能适用于分解与生物固体有机物紧密结合的药物残留。

在实验设计中,研究人员将9种精神活性药物(包括常用抗抑郁药西酞普兰和曲唑酮)加入来自市政污水处理厂的生物固体中,并让真菌直接在生物固体上生长,最长持续60天。为比较不同生长条件对降解效果的影响,团队还在不含生物固体的液体培养基中开展平行实验。

研究人员使用高分辨率质谱跟踪药物浓度随时间的变化,并识别真菌降解过程中形成的化学副产物。结果显示,部分化合物在生物固体体系中的降解程度高于液体培养体系。伯格纳表示,液体培养中的降解结果并不必然代表真菌在真实污染介质中的表现,因此团队选择在受精神活性化学物污染的生物固体中进行验证。

两种真菌在两个月内去除8种药物并生成多种转化产物

研究结果显示,两种真菌均能降解9种药物中的8种,去除率约在50%至接近完全消除之间,周期为两个月。其中,蚝蘑菇对多种抗抑郁药的去除率超过90%。

化学分析表明,真菌并非仅将药物“捕获”,而是发生化学转化。研究人员共鉴定出40多种药物分解产物,反应类型包括分解为更小分子、加氧等,符合白腐真菌酶促反应的典型特征。

研究团队还使用美国环保署的化学信息学危害评估模块对转化产物进行预测评估,结果显示多数转化产物的毒性低于原始药物。研究人员据此认为,真菌处理可能降低整体危害水平,而非以另一类污染物替代原有污染物。

研究共同作者、环境健康与工程系副教授卡斯滕·普拉塞(Carsten Prasse)与团队在论文中指出,利用白腐真菌进行“真菌增效”处理,或可作为生物固体土地施用前的潜在预处理策略。研究人员同时提到,白腐真菌在自然界分布广、可在固体材料上生长,未来或有机会以较低能耗和较少基础设施需求融入现有生物固体管理流程。


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