Pod koniec lat 90. ubiegłego wieku niemiecki naukowiec prof. Thomas A. Ternes sprawdził, jaki jest poziom zanieczyszczenia wód w Niemczech pod kątem obecności farmaceutyków. Zidentyfikował 38 różnych związków, w tym niesteroidowe leki przeciwzapalne oraz antybiotyki. Zwiększona produkcja oraz konsumpcja różnych preparatów medycznych pozwala przypuszczać, że każdego roku wzrasta zanieczyszczenie środowiska substancjami, których nasz organizm nie metabolizuje całkowicie. O zagrożeniach wynikających z obecności farmaceutyków w środowisku oraz o sposobach radzenia sobie z nimi opowiada dr hab. Danuta Wojcieszyńska (Katedra Biochemii na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska UŚ) wraz z członkami swojego zespołu badawczego.

Gram-dodatna bakteria, Bacillus sp. B1(2015b) zdolna do metabolizowania ibuprofenu i naproksenu

Gram-dodatnia bakteria posiadająca pewien potencjał degradacyjny. Obie zostały wyizolowane z gleby pobranej na terenach składowiska odpadów „Organika-Azot” w Jaworznie

Co to są NLPZ?

Do grupy niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ) należą między innymi produkty lecznicze, w których substancją czynną może być kwas acetylosalicylowy, diklofenak, paracetamol, ibuprofen czy naproksen. To tylko kilka przykładów NLPZ dostępnych w aptekach, a nierzadko i w supermarketach pod takimi nazwami handlowymi, jak apap, panadol, aspiryna, polopiryna, ibuprom, gripex czy modafen.

– Wiemy, że nasz organizm nie rozkłada tych związków. Podlegają one transformacji i są wydalane w prawie niezmienionej formie. Efektem tego procesu jest ich obecność w środowisku – tłumaczy dr hab. Danuta Wojcieszyńska, kierownik projektu badawczego „Rozkład niesteroidowych leków przeciwzapalnych przez wybrane szczepy bakterii”.

Dr hab. Urszula Guzik z zespołu badawczego dodaje, że drugim znaczącym źródłem zanieczyszczenia środowiska tymi lekami jest niewłaściwa ich utylizacja.

– Wciąż jeszcze w naszym kraju mamy duży problem z przeterminowanymi lekami, które zamiast do specjalnych pojemników w aptekach są wrzucane do kosza na śmieci lub zostają spłukane w toalecie, a stamtąd już bezpośrednio trafiają na wysypisko śmieci lub do oczyszczalni ścieków – komentuje.

Naukowcy wyjaśniają, że związki, którymi się zajmują, są bioaktywne, a to oznacza, że podlegają trudniejszej degradacji w środowisku, ponieważ oddziałują na mikroorganizmy, również te odpowiadające za procesy biooczyszczania. – Obecność paracetamolu czy ibuprofenu w glebie czy wodzie nie sprawia oczywiście, że bakterie przestaną odczuwać ból – mówi dr hab. Danuta Wojcieszyńska. – Chodzi raczej o to, że substancje, które badamy, hamują enzymy mikroorganizmów, co przekłada się bezpośrednio na biooczyszczanie. Poza tym w większości są to związki syntetyczne, obce dla środowiska naturalnego – dodaje.

Natura potrafi bronić się sama

Jednym z niesteroidowych leków przeciwzapalnych, z którym świetnie radzą sobie mikroorganizmy, jest kwas salicylowy. Jak wyjaśniają naukowcy, w medycynie był stosowany od dawna, a dziś można już obserwować drogi jego rozkładu przez bakterie czy grzyby. W tym przypadku w ciągu kilku wieków natura zdołała znaleźć sposób na samooczyszczenie. Poza tym kwas salicylowy jest naturalnie występującym regulatorem wzrostu i rozwoju roślin.

Biolodzy pracujący pod kierunkiem dr hab. Wojcieszyńskiej zajmują się natomiast czterema związkami syntetycznymi powstającymi w fabrykach farmaceutycznych. Są to paracetamol, ibuprofen, naproksen oraz diklofenak. Ich zwiększona produkcja rozpoczęła się w latach 50. ubiegłego wieku i jest to zdecydowanie za krótki czas, aby mikroorganizmy zdołały wykształcić zdolność rozkładania tych substancji, co może doprowadzić do coraz większego zanieczyszczenia środowiska wymienionymi farmaceutykami.

Pakistańskie sępy

Substancje z grupy niesteroidowych leków przeciwzapalnych mają zdolność kumulowania się w łańcuchu pokarmowym organizmu żywego, co może mieć już realny wpływ na życie, a nawet i zdrowie.

– Skutki tego procesu odczuły między innymi... pakistańskie sępy. Ptaki żywiły się padniętym bydłem, które wcześniej leczone było weterynaryjnie diklofenakiem, związkiem z grupy leków, o których opowiadamy. Pakistańskie sępy okazały się na tyle wrażliwe na diklofenak, że doprowadziło to do zmniejszenia się populacji tych ptaków – opowiada dr hab. Urszula Guzik.

Zespół dr hab. Danuty Wojcieszyńskiej w laboratorium. Od lewej: mgr Ariel Marchlewicz, dr hab. Danuta Wojcieszyńska, dr hab. Urszula Guzik oraz mgr Dorota Domaradzka

Opisany proces może dotyczyć również organizmu człowieka. Jak wyjaśniają biolodzy, często przyjmujemy tę samą substancję nieświadomie w zwiększonych dawkach, stosując na przykład produkty o różnych nazwach handlowych. W przypadku ibuprofenu, ibupromu, nurofenu, ibumu czy acataru mówimy o tej samej substancji czynnej, jaką jest ibuprofen. – Mamy do nich łatwy dostęp. Właściwie większość z nich można kupić przy kasach w supermarketach. Wchodzę do najbliższego sklepu, kupuję dziesięć opakowań ibupromu i nikt nie zwróci na to uwagi. Wiem, bo już tak robiłem, oczywiście do celów naukowych – mówi mgr Ariel Marchlewicz z zespołu badawczego. – Najwidoczniej nie wyglądam na samobójcę – dodaje ze śmiechem.

Dodatkowo pewną ilość omawianych substancji przyjmujemy także wraz z wodą pitną. Skutkiem jest przede wszystkim uodparnianie się naszego organizmu na działanie NLPZ, w wyniku czego zmuszeni jesteśmy przyjmować coraz większe dawki, by zaobserwować pożądany efekt. – Trudno dokładnie określić poziom zanieczyszczenia wód w Polsce pod kątem obecności farmaceutyków, ale wiemy, że wody w górnym biegu Wisły zanieczyszczone są ibuprofenem. Największym problemem jest jednak brak świadomości, że w ogóle istnieje takie zagrożenie – tłumaczy kierownik projektu.

W tej chwili żadna z oczyszczalni ścieków nie ma obowiązku sprawdzania czystości dostarczanej wody pod kątem obecności NLPZ. Takie regulacje prawne musiałyby zostać sformułowane odgórnie, w Ministerstwie Ochrony Środowiska. – Oczywiście na razie nie możemy jeszcze mówić o możliwościach przedawkowania tych leków jedynie ze względu na ich obecność w wodzie pitnej, jednak, jak już wspominaliśmy, mają one wpływ na zmniejszenie efektu terapeutycznego. Poza tym ich produkcja i konsumpcja wciąż się zwiększa w naszych społeczeństwach, dlatego problem będzie narastał. Co więcej, jest to problem nie tylko naszego kraju, lecz całego świata – wyjaśnia dr hab. Guzik. Jeden z badanych związków, diklofenak, znalazł się już na europejskiej liście substancji szczególnie toksycznych, a to pierwszy krok do pozytywnych zmian.

Działania podejmowane przez zespół dr hab. Danuty Wojcieszyńskiej mają zatem ogromne znaczenie dla przyszłych rozwiązań, których wprowadzenie stanie się w niedalekiej przyszłości koniecznością. – Naszym celem jest przede wszystkim przygotowanie biopreparatu dla oczyszczalni ścieków, które, jeżeli wejdą w życie odpowiednie regulacje prawne, będą musiały zastosować odpowiednie rozwiązania. W przeciwnym razie jedynym wyjściem będzie zamieszczenie informacji: Woda jest skażona i nie nadaje się do spożycia przez ludzi – mówi kierownik projektu.

Szukamy bakterii

W projekcie realizowanym w Katedrze Biochemii najważniejsze jest znalezienie mikroorganizmów, które mają zdolność metabolizowania wszystkich czterech substancji z podgrupy NLPZ. Poszukiwania rozpoczęły się w 2014 roku.

– Pojechaliśmy do Jaworzna, na teren sąsiadujący z Zakładami Chemicznymi „Organica-Azot SA”, na którym składowano odpady z produkcji środków do ochrony roślin. Teren ten jest silnie skażony. Pobraliśmy więc próbki, by sprawdzić, czy aby tam nie ma już mikroorganizmów mających zdolność rozkładu substancji zbliżonych w swej strukturze do badanych przez nas farmaceutyków – opowiada mgr Marchlewicz. – Z pobranych prób wyselekcjonowane zostały bakterie, a następnie dodawaliśmy lek. Ja zajmowałem się ibuprofenem – dodaje. Po upływie pewnego czasu organizmy wrażliwe na podaną substancję obumierały, pozostałe natomiast poddawane były dalszym analizom. Najbardziej interesujące okazały się oczywiście nie te, które charakteryzowały się opornością na podaną substancję, lecz te, które potrafiły ją rozłożyć. Każdy członek zespołu selekcjonował szczepy zdolne do innego rozkładu.

– Ciągle jeszcze mamy za mało skutecznie działających mikroorganizmów. Jest za wcześnie na ogłaszanie pełnego sukcesu. Udało nam się jednak wyizolować takie bakterie, które świetnie rozkładają ibuprofen czy paracetamol. Najtrudniej jest z najbardziej toksyczną substancją, czyli diklofenakiem. Nasze mikroorganizmy nie potrafią go „nadgryźć” – mówi dr hab. Wojcieszyńska. Nikt z zespołu nie traci jednak zapału i badania trwają, czego znakiem będzie kontynuacja rozpoczętego w 2014 roku projektu. Naukowcy planują także przygotowanie odpowiedniego nośnika dla bakterii oraz dokładne badania produktów rozkładu w przypadku każdego z leków. Jeżeli gotowy preparat ma trafić w przyszłości do stacji uzdatniania wody, półprodukt nie może być bardziej toksyczny od substancji macierzystej.

Na koniec pozostanie już tylko przekonać osoby odpowiedzialne za środowisko, że woda zdatna do picia przez ludzi to także woda nieskażona farmaceutykami, które tak chętnie stosujemy na co dzień.

Projekt badawczy „Rozkład niesteroidowych leków przeciwzapalnych przez wybrane szczepy bakterii” realizowany jest ze środków Narodowego Centrum Nauki. Zespół badawczy dr hab. Danuty Wojcieszyńskiej tworzą: dr hab. Urszula Guzik, dr hab. Katarzyna Hupert-Kocurek, mgr Dorota Domaradzka oraz mgr Ariel Marchlewicz.