Funghi al posto della chimica: una scoperta che cambia la depurazione delle acque
Un gruppo di ricercatori della Johns Hopkins University ha messo alla prova una domanda semplice ma rivoluzionaria: i comuni funghi del legno sono in grado di degradare i residui farmaceutici presenti nei fanghi di depurazione, prima che questi vengano sparsi sui campi agricoli come fertilizzante?
Gli antidepressivi e gli ansiolitici moderni sono progettati per agire intensamente sul sistema nervoso e persistere a lungo nell’organismo. Una volta parzialmente espulsi, finiscono nelle fognature. A ciò si aggiungono le compresse non utilizzate che molti buttano ancora nel water. Gli impianti di depurazione eliminano la maggior parte degli inquinanti, ma non tutte le sostanze attive dei farmaci vengono rimosse con facilità.
Cosa sono i biosolidi e perché preoccupano gli scienziati
Al termine del processo di depurazione rimane un materiale denso e ricco di nutrienti, noto come biosolido o fango trattato. Negli Stati Uniti e in molti altri Paesi viene impiegato come ammendante agricolo e fertilizzante. Insieme ad esso, però, nei campi possono arrivare tracce di farmaci, tra cui antidepressivi e sedativi.
Le ricerche indicano che anche quantità minime di sostanze farmacologiche nell’ambiente possono influenzare il comportamento degli animali acquatici e terrestri, con possibili ripercussioni sulla salute umana. Le prove definitive che tali dosi danneggino i consumatori di alimenti prodotti su terreni fertilizzati con biosolidi mancano ancora, ma gli scienziati sottolineano che molti di questi composti si degradano con difficoltà e possono persistere nell’ambiente per tempi molto lunghi.
Come i funghi della carie bianca funzionano come fabbriche naturali di enzimi
Il gruppo di ricerca ha puntato su organismi che da milioni di anni affrontano uno dei materiali più resistenti in natura: il legno. Si tratta dei cosiddetti funghi della carie bianca, celebri per la loro capacità di decomporre la lignina, ovvero il “collante” strutturale del legno.
A differenza di molti batteri, questi funghi rilasciano nell’ambiente circostante enzimi potenti e poco selettivi. Non si concentrano su un singolo composto, ma attaccano un’intera gamma di molecole organiche complesse, scomponendole in frammenti più piccoli e generalmente più facili da degradare.
I ricercatori si sono concentrati su due specie molto conosciute. Pleurotus ostreatus, comunemente chiamato gelone o fungo ostrica, è facilmente reperibile anche nei supermercati italiani. Trametes versicolor, invece, è un fungo colorato a forma di cappello che cresce sui tronchi degli alberi, noto anche come coda di tacchino. Entrambe le specie sono ben studiate, facilmente coltivabili e ampiamente utilizzate in esperimenti ambientali.
Come è stato condotto l’esperimento con i fanghi di depurazione
Il team della Johns Hopkins ha prelevato biosolidi da un impianto urbano di trattamento delle acque reflue e li ha arricchiti con nove farmaci ad azione sul sistema nervoso centrale. Tra questi figuravano, tra gli altri, il popolare antidepressivo citalopram e il trazodone.
Il materiale così preparato è diventato il substrato di crescita per il micelio del gelone e della coda di tacchino. I funghi hanno avuto un massimo di sessanta giorni per crescere sui fanghi. Durante questo periodo, i ricercatori hanno monitorato regolarmente quante sostanze attive rimanevano ancora nel campione.
I risultati hanno mostrato che entrambe le specie hanno affrontato con successo la maggior parte dei farmaci testati, e in molti casi la concentrazione è scesa quasi a zero. Per confronto, sono stati condotti anche esperimenti in un classico mezzo liquido di laboratorio privo di biosolidi, così da verificare come la reale “miscela” di impurità influenzasse l’efficacia della degradazione.
Quanta percentuale di farmaci i funghi rimuovono realmente dai fanghi
Dopo due mesi di attività del micelio, entrambe le specie hanno ridotto i livelli di otto delle nove sostanze esaminate. La percentuale di rimozione è variata da circa il cinquanta percento fino all’eliminazione quasi totale del farmaco dai biosolidi.
Particolarmente efficace si è rivelato il gelone, che per alcuni farmaci ha praticamente “ripulito” il campione. Sorprendentemente, in certi casi la degradazione delle sostanze risultava più intensa in presenza dei biosolidi rispetto a una semplice soluzione artificiale, a dimostrazione che i test solo in liquido non rispecchiano sempre il comportamento reale della tecnologia nelle condizioni di un impianto di depurazione.
I ricercatori hanno dedicato particolare attenzione a ciò che accade alle molecole dei farmaci dopo il contatto con il micelio. La domanda chiave era: i funghi si limitano ad assorbire i farmaci, oppure li scompongono davvero in componenti meno nocivi? Per rispondere è stata impiegata la spettrometria di massa avanzata, che ha permesso di monitorare nel tempo le variazioni della composizione chimica dei campioni.
Sono stati identificati più di quaranta nuovi composti generati dall’azione degli enzimi fungini. In molti casi le molecole dei farmaci sono state frammentate in porzioni più piccole oppure ossidate, ovvero arricchite di un atomo di ossigeno. L’analisi della tossicità suggerisce che i prodotti di degradazione siano generalmente meno pericolosi dei farmaci originari, il che indica una vera e propria “disintossicazione” e non un semplice spostamento del problema.
La micoaugmentazione come nuova opportunità per gli impianti di depurazione
Nella letteratura scientifica si fa sempre più strada il termine micoaugmentazione, che indica l’introduzione mirata di funghi in ambienti contaminati per accelerare la degradazione di composti nocivi. Lo studio della Johns Hopkins fornisce argomenti solidi a favore di questo approccio anche nel trattamento dei fanghi di depurazione.
I funghi della carie bianca presentano diversi vantaggi pratici rispetto alle costose tecnologie chimiche o ai filtri avanzati:
- possono crescere su materiale solido come i biosolidi senza necessità di infrastrutture complesse
- operano in condizioni relativamente blande, senza bisogno di alte temperature né di pressione elevata
- sono comuni in natura, ben studiati e la loro coltivazione risulta economica
- gli enzimi che producono agiscono su intere categorie di composti, non su un singolo inquinante
- non richiedono energia elettrica né reattori speciali in acciaio inossidabile
- il micelio, a processo ultimato, può essere compostato o riutilizzato come substrato
Dal punto di vista degli impianti di depurazione, risulta molto attraente l’idea di un modulo in cui i biosolidi, prima di essere portati nei campi, vengano sottoposti a una sorta di “cura fungina”. Una tale fase potrebbe integrarsi con i processi esistenti, innalzando complessivamente il livello di sicurezza ambientale.
Quali ostacoli possono rallentare l’applicazione su larga scala
Per quanto i risultati siano promettenti, la strada verso un’applicazione diffusa rimane ancora lunga. Occorre ad esempio verificare come i funghi si comportino con l’intera “minestra” di inquinanti presenti nei fanghi reali provenienti da impianti diversi, e non soltanto con i nove farmaci testati in laboratorio.
Un altro nodo riguarda il mantenimento dell’equilibrio biologico. Negli impianti di grandi dimensioni i biosolidi sono ricchi di batteri e altri microrganismi che possono competere con il micelio per spazio e nutrimento. È inoltre necessario assicurarsi che gli eventuali prodotti di trasformazione dei composti farmaceutici non si accumulino in modo indesiderato nel suolo o nell’acqua su orizzonti temporali più lunghi.
Per i cittadini delle città, questa vicenda ricorda che una compressa presa per dormire o per migliorare l’umore non svanisce senza lasciare traccia. Una parte di essa finisce nell’impianto di depurazione e da lì, in forme diverse, nell’ambiente. Anche se le dosi reali sono minime, il consumo crescente di antidepressivi spinge i ricercatori a cercare metodi di depurazione sempre più sofisticati.
Cosa significa questa scoperta per gli agricoltori e i gestori degli impianti
Per gli agricoltori che utilizzano biosolidi, un simile “pretrattamento fungino” potrebbe in futuro rappresentare la garanzia di impiegare un fertilizzante con un carico chimico ridotto. Per i gestori degli impianti, invece, potrebbe essere la chiave per rispettare normative sempre più severe sul microinquinamento, senza dover effettuare investimenti colossali in tecnologie a membrane avanzate.
Rimane sullo sfondo un’altra conclusione interessante. I medesimi enzimi che consentono ai funghi di attaccare la lignina e i farmaci psichiatrici potrebbero rivelarsi utili anche nella degradazione di altri contaminanti ostinati, come i pesticidi o certi ingredienti dei cosmetici.
Se ulteriori ricerche confermeranno l’efficacia di questo approccio, il gelone e i suoi “parenti” potrebbero diventare un elemento fisso della gestione moderna dei rifiuti idrici. Questa direzione di ricerca dimostra che non ogni problema tecnologico richiede apparecchiature complicate. A volte è sufficiente comprendere a fondo gli organismi che da milioni di anni ripuliscono le foreste dai tronchi morti, e trasferire il loro talento là dove produciamo le maggiori quantità di rifiuti.
