Uusia antibiootteja jätteestä ja Torjunta-aineet pohjavedessä -tutkimushankkeet käynnistyivät alkuvuodesta Ympäristötieteiden laitoksen ympäristöekologian osastossa Lahdessa. Molemmat aihepiirit liittyvät ympäristöbiotekniikan tutkimusalaan. TkT, yliopistonlehtori ja biotekniikan kysymyksiin perehtynyt Merja Kontro toimii vastuullisena tutkijana molemmissa hankkeissa.
Uusia antibiootteja jätteestä
Tauteja aiheuttavien mikrobien lisääntynyt vastustuskyky antibiootteja vastaan on maailmanlaajuinen uhka, josta aiheutuu kansanterveydellisiä, yhteiskunnallisia ja taloudellisia seurauksia. Vastustuskykyisten ja antibiootteja sietävien bakteerien aiheuttamat sairaudet ovat yleistyneet hälyttävästi. Tunnustetusta uusien antibioottien kiireellisestä tarpeesta huolimatta on kuluneen 30 vuoden aikana saatu käyttöön ainoastaan kaksi uutta antibioottiryhmää.
BioFuture2025-akatemiaohjelmasta rahoituksen saanut nelivuotinen Uusia antibiootteja jätteestä -hanke jatkaa lahtelaista tutkimusperinnettä, jossa haitallisten mikrobien esiintymistä ja hygienisoitumista on kartoitettu biojätteen käsittelyprosesseista. ”On yllättävää, että huolimatta näiden ekosysteemien pieneliöiden valtavasta monimuotoisuudesta niitä ei ole juuri tutkittu mahdollisten uusien antibioottien lähteenä” sanoo Kontro.
Antimikrobiaineita ja entsyymejä
”Tässä hankkeessa etsimme uusia antibiootteja tuottavia mikrobeja jäteenkäsittelyprosesseista. Näissä mikro-organismien ekosysteemeissä tiedetään esiintyvän lääkeresistenttejä ja biofilmiä muodostavia stafylokokkeja ja Pseudomonas aeruginosa bakteereita, mutta niiden esiintymisen yleisyydestä ja määristä on melko vähän tietoa. Työssä oletetaan, että siellä missä on näitä bakteereita, esiintyy myös niitä vastaan antimikrobiaalisia yhdisteitä aineenvaihduntatuotteina tuottavia mikrobeja,” Merja Kontro kuvailee.
Lääkeresistenttien bakteerien esiintymistä prosesseissa kartoitetaan DNA-perusteisin menetelmin. Antimikrobiaalisia yhdisteitä tuottavien mikrobien eristämisessä käytetään uusia, tarkoitukseen kehitettyjä mikrofluidistisia systeemeitä ja biofilmisensoreita. Kompostoinnin ja jäteveden puhdistuksen kannalta keskeiset bakteerit voivat tuottaa myös entsyymejä, jotka hajottavat sairaalaympäristössä viihtyvää ja stafylokokki-bakteereja suojaavaa biofilmiä. Myös entsyymejä ja niiden geenit pyritään eristämään. Eristettyjen geenien monimuotoisuutta verrataan suoraan ympäristönäytteistä kartoitettuihin geeneihin, mikä luo puitteita uusien cleantech tuotteiden kehittämiselle.
Kaupallistettavia tuotteita
Käytännössä tutkimuksen aikana kierretään kompostointilaitoksissa ja jätevedenpuhdistamoissa, joista kerätään näytteitä läpi koko käsittelyprosessin. Tällaisia laaja-alaisia kartoituksia ei löydy kansainvälisestikään. Innovatiivisen hankkeesta tekee myös uusien biofilmien tutkimusmenetelmien ja mikrosysteemiteknologioiden luominen ja käyttäminen sekä niiden testaus. Parhaimmillaan menetelmät ovat kaupallistettavissa tuotteiksi: uudet biofilmikeräimet, ja reaaliaikaiset qPCR-testit. Tärkeää on myös riskiarviointi haitallisista mikrobeista jätteenkäsittelyprosessissa, mikrofilmiä hajottavien entsyymien eristäminen ja mahdolliset uudet antibiootit, joilla voidaan käydä taistelua maailmanlaajuista antibioottiresistenssiä vastaan.
Torjunta-aineet pohjavedessä
Suomessa on tällä hetkellä ainakin viisitoista pohjavesialuetta, joilla on torjunta-aineita ja niiden puhdistamiseen ei ole mitään menetelmää kansainvälisellä tasollakaan. Ongelma on pitkäkestoinen, koska esim. atratsiinin myynti Suomessa on kielletty 1992, ja vieläkin pitoisuudet ylittävät pohjavedelle sallitun rajan. Tutkimusryhmän tulosten mukaan torjunta-aineet ovat kertyneet tiiviiseen savikerrokseen pinnassa ja valuvat sieltä hitaasti pohjaveteen, mikä tekee ongelmasta pitkäkestoisen. Myös ilmastonmuutokseen liittyvät ääriolosuhteet lisäävät pohjaveden pilaantumisriskiä. ”Suomessa yli puolet väestöstä käyttää pohjavettä juomavetenä ilman suurempaa puhdistustarvetta. Turvallisen talousveden laadun varmistamiseksi Torjunta-aineet pohjavedessä -hankekokonaisuudessa tuotetaan tietoa pohjavesiympäristön olosuhteista, ja etsitään ratkaisuja pohjaveden pilaantumisen estämiseksi, sekä torjunta-aineiden poistamiseksi pohjavedestä”, sanoo Merja Kontro.
Pitkät perinteet
”Pohjavesitutkimus -hankkeella on pitkät yli kymmenen vuoden perinteet Lahdessa. Aiheesta on tehty kolme väitöskirjaa, neljäs valmistuu tämän vuoden aikana ja viides on jo aluillaan”, kertoo Merja Kontro. Tutkimuksissa on kartoitettu pohjavesiolosuhteita. Tiedetään, että torjunta-aineet hajoavat mikrobiologisesti mutta pohjavesiympäristössä hajoamista ei kuitenkaan tapahdu. Aiheesta on tehty paljon kansainvälistä tutkimusta mutta torjunta-aineen hajottamisessa pohjavesiympäristöstä ei ole onnistuttu.
Lahdessa aiemmin kertyneistä tutkimustuloksista parhaat lähestymistavat on valittu nyt menossa olevaan, Maj ja Tor Nesslingin säätiön rahoittamaan Torjunta-aineet pohjavedessä -tutkimushankkeeseen. Osaa lähestymistavoista on jo käytetty ympäristön puhdistuksessa, mutta torjunta-aineiden hajottamisessa pohjavesiympäristöstä niitä ei ole vielä osattu hyödyntää. Tavoitteena on suurentaa mittakaavaa laboratorio-mittakaavasta pilot-mittakaavaan ja viedä parhaita tuloksia lähemmäksi todellisia olosuhteita pohjavesiympäristöön.
Lisäaineet ja mikrobit
Torjunta-aineiden hajottamiseen on kokeiltu eri ravinteita, hiiltä ja typpeä, mutta hajoamista ei ole tapahtunut. Sedimenteissä itsessään ei juuri tapahdu hajoamista, vaikka siellä selvästi on hajottajamikrobeja. Tutkimusryhmä on kuitenkin todennut muutamien lisäaineiden tehostavan torjunta-aineiden hajoamista pohjavesiympäristön sedimenteissä. Lisäaineita ei kuitenkaan mielellään laiteta raakaveteen, ettei juomavesi pilaantuisi vaan yritetään etsiä muita keinoja. Hajoamista tehostaa veden kunnollinen kierto tai veden ilmastus. Pohjavedessä on hajottavia mikrobeja mutta olosuhteet ovat sellaiset, etteivät ne pysty hajottamaan torjunta-aineita.
Hyvää yhteistyötä
Merja Kontro kiittelee alueen jätteenkäsittelylaitoksia ja vedenpuhdistamoja sujuvasta yhteistyöstä: ”Laitosten työntekijät ovat varmasti kiireisiä, mutta aina saa oleellisen avun ja tuen”. Vaikka Lahti on pieni kaupunki, täällä on kaikki rakenteet kunnossa ja hyvä tehdä tutkimusta.
Kuva ja teksti: Anja Kuhalampi ja Merja Kontro
