Direct naar de content

Medicijnetende microben maken water schoon

Auteur: Tanja Speek
Gepubliceerd op:

In sloten, meren en rivieren in Nederland meten experts steeds meer medicijnresten. Micro-organismen blijken de ene stof beter af te breken dan de andere: paracetamol bijvoorbeeld wel, maar diclofenac niet. “We willen microben nog meer inzetten om zo veel mogelijk vervuilende stoffen helemaal uit het water te halen.”

medicijnen innemen op het toilet, met een glaasje water

Doorslikken met een slokje water. Het is de makkelijkste manier om pillen in te nemen. Daar eindigt de levensloop van medicijnen echter niet: een groot deel plas je weer uit, en gaat door de wc, via het riool naar de rioolwaterzuivering. Daar wordt het goedje afgebroken of weggevangen. Helaas blijkt dat vaak lastig: een deel van de medicijnresten komt door de waterzuivering en belandt zo in oppervlaktewateren als rivieren, sloten, en meren.

Dat is een probleem, want de resten van medicijnen kunnen een negatief effect hebben op planten en dieren in het water. Berucht zijn de voorbeelden van vissen die door een hoge concentratie hormonen uit de anticonceptiepil moeite hebben met hun voortplanting en zo minder nakomelingen krijgen. Pijnstillers kunnen het weefsel van vissen aantasten; antipsychotica hebben invloed op het gedrag van kleine waterkreeftjes. “En van veel medicijnen weten we nog niet wat hun effect op het milieu is”, waarschuwt Cornelia Welte, microbioloog aan de Radboud Universiteit Nijmegen. Zij onderzoekt de rol die micro-organismen kunnen spelen bij het afbreken van deze vervelende medicijnresten.

Pijnstillers

Afbraak van vervuilende organische stoffen is één van de belangrijke stappen in het zuiveren van rioolwater. Er zijn microben die medicijnresten als een voedselbron gebruiken. Welte keek in haar onderzoek specifiek naar de pijnstillers paracetamol en diclofenac, twee medicijnen die na uitplassen in het riool terechtkomen en zo bij een rioolwaterzuiveringsintallatie (rwzi) belanden. “Daar verschillen ze in hoe goed ze afgebroken worden in de zuivering. En dat viel al te voorspellen, aan de hand van de molecuulstructuur van de stoffen.” Een stof als paracetamol lijkt meer op structuren die al bekend zijn in de natuur dan een stof als diclofenac. Daarom was de verwachting dat paracetamol goed afbreekt en diclofenac niet. Het microleven in de natuur heeft zich kunnen aanpassen aan dit soort stoffen. “Voor de voorspelling gebruikten we sterke computermodellen van collega’s van Milieuwetenschappen en die bleek te kloppen: paracetamol wordt volledig afgebroken in rwzi’s; diclofenac maar voor een klein gedeelte.”

Een rioolwaterzuivering

Een rioolwaterzuiveringsinstallatie (rwzi).

Hulpstoffen

In een verdiepend onderzoek zocht Welte uit welke microben het dan zijn die de pijnstillers opeten en met welke enzymen, ofwel hulpstoffen, ze dit doen. “We bouwden een kleine zuiveringsinstallatie na in het lab. We gebruikten slib uit een waterzuiveringsinstallatie van een ziekenhuis in Delft. Het slib bestaat uit vlokken met micro-organismen, die veel van het zuiveringswerk doen. Door voor deze slibbron te kiezen, was de kans zo groot mogelijk dat de medicijneters in een hoge concentratie aanwezig waren.”

Voor paracetamol ontdekte Welte wie de medicijneters waren en hoe ze te werk gingen. Het enzym amidase bleek cruciaal in de afbraak. Het onderzoek naar de afbraak van diclofenac viel tegen. In hun labopstelling werd diclofenac totaal niet afgebroken. “Mogelijk ontbraken toch de juiste bacteriën of vriendjes van die bacteriën die helpen bij de afbraak.”

Welte legt uit waarom het handig is om te weten welke enzymen van belang zijn bij de afbraak van medicijnen. “Elke rioolwaterzuivering is weer anders. Eentje in Brazilië is anders dan een in Nederland, en die van Nijmegen is anders dan die in Delft. Als je weet welke enzymen betrokken zijn bij de afbraak, kun je simpel meten of die enzymen in jouw installatie voorkomen en dus hun werk gaan doen. Dat is veel makkelijker om te meten dan onderzoeken of een bepaalde schadelijke stof in je systeem komt en bij de uitstroom afwezig is.”

Dieetevolutie

 

Microben zijn meesters in de snelle evolutie. Door hun rappe en relatief simpele voortplanting kunnen ze veranderingen snel doorgeven. Bovendien kunnen veel soorten ook nog eens DNA met elkaar uitwisselen. En die evolutieoptie kan heel handig zijn in de waterzuivering. Een opvallend verhaal is dat van de zoetstof acesulfaam.

Onderzoekers vonden deze kunstmatige zoetstof wereldwijd in zuiveringsinstallaties; blijkbaar was het een stof die niet makkelijk afbrak tot kleinere delen. Tot 2014. Vanaf toen doken er ineens voorbeelden op van plekken waar de zoetstof wel werd afgebroken in de rioolwaterzuivering of in de bodem. Steeds meer plekken ter wereld meldden deze verandering. Bij verder onderzoek doken er micro-organismen op die de stof nu als hoofdvoedsel gebruiken. Inmiddels zijn deze zelfs in Nederlandse drinkwaterbedrijven teruggevonden. Het is het eerste voorbeeld van een vreemde stof die door evolutionaire aanpassing toch wordt afgebroken bij waterzuivering.

Verplaatsen probleem

Diclofenac kan dus door de rioolwaterzuivering heen komen. Gelukkig zijn er nog methoden om toch van dit middel, en andere overblijvende medicijnresten, af te komen, in samenwerking met micro-organismen. Welte: “Een optie is ozonisatie. Met ozon kun je een extra zuurstofatoom (O) aan je medicijnmolecuul plakken. Daarmee maak je het molecuul als het ware actiever, en makkelijker aan te pakken voor micro-organismen. Dan kunnen ze het vaker toch afbreken.” Bij een rwzi in Houten is sinds vorig jaar deze methode toegevoegd aan de zuiveringsstappen.

Een andere optie is het gebruiken van actieve kool als extra filter. “De structuur van kool is heel poreus. Het heeft veel gaatjes. Verontreinigingen als medicijnresten blijven aan de kool plakken. En door de vele gaatjes is er veel oppervlakte om aan te blijven plakken.” Ook deze methode is inmiddels in gebruik bij een enkele rioolwaterzuivering. Toch is Welte niet onverdeeld positief over deze oplossing. “Eigenlijk is het een verplaatsing van je probleem. Het water is dan wel schoon, maar vervolgens is je kool het vervuilde product waar je iets mee moet. Het is veel beter als de stoffen echt volledig afgebroken worden.” De grote kans ligt in de combinatie van oplossingen. “Op de actieve kool gaan veel microben bij elkaar zitten in een biofilm. Zo kunnen ze veel beter hun werk doen dan los rondzwemmend. Bovendien is er zo dicht op elkaar zittend ook een grotere kans op evolutie.” (Zie kader ‘Dieetevolutie’.)

Wat zit er in ons drinkwater?

Deze extra stappen zijn nog niet standaard onderdeel van rwzi’s. Vandaar dat diclofenac soms in het oppervlaktewater wordt teruggevonden. Maar let op, dat betekent nog niet dat ons drinkwater met diclofenac vervuild is. “Een belangrijk verschil om te benoemen is dat oppervlaktewater en drinkwater niet hetzelfde is”, benadrukt Peer Timmers, onderzoeker bij drinkwateronderzoeksinstituut KWR. “Rwzi’s filteren het rioolwater, om het daarna op als oppervlaktewater te lozen. Drinkwaterbedrijven maken van het oppervlaktewater of van grondwater ons drinkwater. Een stof als diclofenac vind je echt niet terug in je drinkwater. De waterbedrijven voeren nog een aantal zuiveringsstappen uit om het Nederlandse drinkwater veilig maken. En ook daar helpen micro-organismen mee.”

Catalogus

Waterbedrijven maken gebruik van zandfiltratie. “Dat zijn bakken tot wel enkele meters groot, met meerdere lagen zand erin, waar het water doorheen loopt. Oorspronkelijk was het plan om na die filterstap het water chemisch te reinigen. Maar wat bleek, al snel groeiden er vanzelf micro-organismen in die zandlaag die allerlei problemen al voor ons oplossen. Met ons onderzoek willen we dit soort kunstjes van microben nog meer stimuleren en slim gebruiken.”

Daarnaast ziet hij langzaam het gebruik van technische oplossingen toenemen, zonder inzet van microben. “Omgekeerde osmose met membraanfiltratie, bijvoorbeeld. Daarbij wordt onder hele hoge druk het vervuilde water door een membraan geperst. Het kost veel stroom. En de verontreinigingen blijven achter, je breekt ze niet af. Ik zie veel liever dat we microben nog meer inzetten om zo veel mogelijk vervuilende stoffen helemaal af te breken.”

Electronenmicroscopische foto van een enkele zandkorrel met bacteriën er op

Foto gemaakt met een elektronenmicroscoopfoto van een enkele zandkorrel met bacteriën erop.

Met zichtbare liefde spreekt Welte over de microbiologie voor het oplossen van deze problemen. “Ik heb wat dat betreft veel vertrouwen in ‘mijn’ micro-organismen. Dieren eten vetten en koolhydraten en maken daar CO2 van. Planten kunnen met fotosynthese CO2 gebruiken. Best wel saai toch? Micro-organismen kunnen uit zoveel verschillende voedingsstoffen weer nieuwe stoffen maken. Ze kunnen echt van alles en zijn gewoon zo veelzijdig. Daarin zijn ze echt uniek in de wereld. En nog worden er elk jaar tientallen nieuwe soorten ontdekt. De catalogus met opties groeit maar door.”

Nederland bungelt onder aan het lijstje

 

De kwaliteit van het Nederlandse water in rivieren, sloten en meren is al jaren een groot punt van zorg. Nederland bungelt in vergelijking met andere Europese landen onder aan het lijstje. Dat komt zeker niet alleen door medicijnresten. Ook stoffen uit de industrie, zoals PFAS, uit de landbouw, zoals gewasbeschermingsmiddelen, en invloed van klimaatverandering dragen bij aan de achteruitgang. En als benedenstrooms land krijg je de vervuiling van landen stroomopwaarts in de Rijn en Maas ook te verwerken. In 2027 moet al het oppervlaktewater volgens Europese afspraken van voldoende kwaliteit zijn. Sommige waterexperts vrezen voor een watercrisis, vergelijkbaar met de stikstofcrisis nu.

Ondanks deze beroerde positie staat het drinkwater van Nederland nog steeds bekend als één van het schoonste ter wereld. “En dat zonder gebruik van chloor, dat is heel knap”, benadrukt Peer Timmers, drinkwateronderzoeker bij onderzoeksinstituut KWR. De richtlijnen zijn dan ook heel streng. “Strenger nog dan voor bronwater. Drinkwaterbedrijven moeten veel en vaak meten. Er zijn zoveel stappen in het zuiveringsproces. Wat er dan nog door komt, is meestal in een hele lage concentratie, ver onder een schadelijk niveau.” Toch zijn mogelijke zorgen niet totaal ongegrond. “Een heel enkele keer komt het wel eens voor dat we een waterbron tijdelijk niet kunnen gebruiken. En zolang verontreinigingen met lastige stoffen toenemen, zal dit in de toekomst vaker gebeuren.”

 

Deel dit artikel

Gerelateerde artikelen

  • Micro-organisme van de maand december: Aspergillus

    Micro-organismen bestaan in alle soorten en maten. Biotechnologie.nl zet in 2023 elke maand een bijzonder exemplaar in het zonnetje. We eindigen deze serie met Aspergillus niger.

    • Duurzaamheid vergroten
    • Voedsel produceren
    • Ziekten genezen
  • Micro-organisme van de maand juni: Candida albicans

    Micro-organismen bestaan in alle soorten en maten. Biotechnologie.nl zet in 2023 elke maand een bijzonder exemplaar in het zonnetje. Dit keer geven we het podium aan Candida albicans, een schimmel die vooral bij veel vrouwen frustratie opwekt. De zomer is eindelijk in zicht en met …

    • Ziekten genezen
  • Micro-organisme van de maand mei: Thiomargarita magnifica

    Zijn naam doet denken aan een dampende pizza of een tropische cocktail, maar je vindt Thiomargarita magnifica niet op menukaarten. Technisch gezien hoort hij ook niet thuis op een lijst van micro-organismen.

    • Duurzaamheid vergroten
Meer artikelen