Tartu keemikud tahavad ravimijääkide Läänemerre voolamisele lõpu teha

Süveneva keskkonnakriisi kiuste jõuab igal aastal Läänemerre ligikaudu 2200 tonni ravimijääke. See kogus ületab mäekõrguselt looduse isepuhastusvõime. Ehkki vette sattuvad ravimite jääkained pole madalates sisaldustes otseselt mürgised, põhjustab pidev kokkupuude medikamentidega elusorganismidele mitmesuguseid vaegusi. Nende hulgas ravimiresistentsust, kalade soovahetust ja erinevate loomaliikide suuremahulist suremust.

Selleks, et ravimijääkide levikule pidurit tõmmata, hakkas rühm Tartu Ülikooli keemia instituudi teadlasi koostöös Poola ja Taani kolleegidega otsima võimaluse need enne Läänemerre jõudmist juba reovees lagundada. Tartu Ülikooli kolloid- ja keskkonnakeemia teaduri Ivar Zekkeri sõnul uurivad Eesti teadlased selle tarbeks 31 erineva ravimijäägi bioloogilist lagundatavust biokilede abil.

Kuidas ravimijäägid merre satuvad?

Kui näiteks Indias ja Ladina-Ameerikas immitsevad ravimijäägid jõgedesse eeskätt puuduliku ravimitööstuse veekäitluse kontrolli tõttu, siis Läänemere ääres taolisi suuri tööstusi pole. Ivar Zekkeri sõnul tuleb siinmail otsa vaadata hoopis veterinaarmeditsiinile ja ravimitarvitajatele endile.

„Võtame näiteks valuvaigistid, mida nositakse ainuüksi Eestis igal aastal mitukümmend tonni. Pool nende ravimite jääkidest jõuab otse loodusesse. Ravim teeb inimese organismis oma töö ära ja väljub seejärel kehast kuni 90 protsendi ulatuses lagunemata kujul. Seepärast ongi see probleem nõnda ulatuslik,“ selgitas Zekker.

Lisaks inimkeha väljutatud jääkainetele satub suur osa ravimitest loodusesse põllumajandusest ja veterinaariast. Nende sekka kuuluvad nii näiteks vastavalt taimekahjurite ja parasiitide tapmiseks kasutatavad emamektiin ja ivermektiin kui ka antibiootikumid, nagu tülosiin.

Kui inimeste tekitatud reovesi läbib enne keskkonda jõudmist puhastusjaama, siis väetise kujul põldudele veetavat sõnnikut ei puhasta ravimijääkidest enne mitte keegi. Seega, kui näiteks lehmal ravitakse antibiootikumidega udarapõletikku, võib osa nende ravimite jääkidest jõuda piimaga inimorganismi ja teine osa looma väljaheite kujul otse loodusesse.

Zekkeri sõnul pärinevadki Läänemere kõige levinumad ravimijäägid valuvaigistitest, nagu ibuprofee ja paratsetamool ning antibiootikumidest, nagu sulfoonamiididest. Samuti on oluliseks ravimijääkide allikaks hormoonpreparaadid. Viimasel ajal on ravimikokteilis hüppeliselt kasvanud antidepressandite ning hüpertoonia ja südame veresoonkonna ravimite osakaal. Lisaks võib suuremates kogustes leida diabeedivastaste ja epilepsiavastaste medikamentide jääke.

„Põhiliselt ongi heitvees valuvaigistid, antibiootikumid ja põletikuvastased ravimid. Mõned neist on väga keeruliste struktuuridega. Need sisaldavad aromaatseid tuumasid ja süsiniku-fluori sidemeid. Loodusel on neid isepuhastumise teel väga keeruline lagundada,“ lisas teadlane.

Ehkki merre sattunud ravimijäägid pole madalates sisaldustes otseselt mürgised, põhjustavad need vee-elustikule erinevaid probleeme. Näiteks on Zekkeri sõnul Läänemeres juba täheldatud ravimijääkidest tingitud kalade soovahetust ja mikroorganismidel geenmutatsioone. Lisaks põhjustab pidev kokkupuude ravimijääkidega organismidele ravimiresistentsust. Selle tagajärjel ei pruugi praegu tõhusad ravimid tulevikus enam lihtsalt toimida, tekitades nõudlust uute ja tugevamate toimeainete järele.

Ravimijääke saab lagundada juba reovees

Selleks, et ravimijääkide Läänemerre voolamisele pidurit tõmmata, tahavad Tartu Ülikooli keemikud need juba reovees bioloogiliselt lagundada. „Meie eesmärk on töötada välja sellised käitlustehnikad, mis ei ajaks vee hinda liiga kõrgeks. Üks soodsamaid ja lihtsamini rakendatavaid meetodeid on bakteriaalne töötlus, mille kaudu on võimalik erinevaid ravimijääke eemaldada biokilede abil,“ selgitas Ivar Zekker.

Kõige üldisemalt proovib Zekker kolleegidega välja töötada veepuhastussüsteeme, mille sees toimuks ravimijääkidest pakatava vee bioloogiline käitlus. Mahutisse pannakse 30–50 protsendi jagu polüetüleenist kandeelemente, mille peale kasvatatakse mõne kuu vältel reoveest pärit bakterikultuurid.

Need kinnituvad omakorda biofilmidele ehk bakterite poolt tekitatud ekstratsellulaarse polümeerse maatriksi kogumitele. Seal moodustavad bakterid tsonaalsuse – aeroobsed ehk õhuhapnikku vajavad bakterid asuvad elama kõige pealmistess kihtidesse ning anaeroobsed biofilmi seesmistesse kihtidesse. Kummalgi bakterikihil on ravimite lagundamisel täita oma roll. Kui ühed bakterid lagundavad ravimi ära osaliselt ja aeroobselt, viivad teised protsessi lõpule anaeroobselt.

Selleks, et bakteritel oleks ravimijääkide lagundamiseks piisavalt õhuhapnikku, puhutakse süsteemi põhjast kompressoriga etappide kaupa õhku juurde. Kui aereerimises tekib paus ja uus reovesi peale juhitakse, saadetakse puhas vesi torude kaudu biotiiki, kus see taimede või mõne muu protsessi abil järelpuhastub. Sealt edasi jõuab vesi juba mõnda looduslikku veekogusse.

Ehkki paberil võib teadlaste plaan näida loogiline, pole kõigi ravimijääkide kiire ja universaalne lagundamine Zekkeri sõnul sugugi lihtne. Kui lõppeesmärk on mõnepäevase viibeajaga eemaldada 70–80 protsenti kõigist katsealustest ravimijääkidest, võib kuluda sellise ravimi täielikuks lagunemiseks looduslikus keskkonnas koguni mitu aastat.

Selleks, et lagundamisprotsessi kiirendada, kasvatavad teadlased uusi bakterikultuure, mida teistega segavad. „Näiteks oleme kasutusele võtnud anaeroobselt ammooniumlämmastikku oksüdeerivad bakterid. Need kuuluvad miljoneid aastaid tagasi merepõhjas välja arenenud bakteriperekondadesse, moodustades lämmastikuringe ühe peamise osa. Seda perekonda üritame me kasutada lämmastiku- ja ravimijääkide samaaegseks eemaldamiseks koos denitrifitseerivate bakteritega,“ selgitas Zekker.

Keemiku sõnul on ta oma kollegidega bakteripõhise kaadervärgi tuleviku suhtes optimistlikud. Näiteks on ta juba leidnud, kuidas kõnealuste bakterite abil saab lagundada ka kõige keerulisemaid ravimijääke, nagu fluorokinoloone.

Bioloogiline käitlus hoiab keskkonda

Kuna ravimikäitlussüsteemi ainus energiakulu seisneb hapniku juurde pumpamises ja vee segamises, on kogu käitlusprotsess Ivar Zekkeri sõnul väga energiasäästlik. Lisaks on bioloogiline lagundamine biokiledes praegu valdavalt levinud aktiivmudapuhastitest stabiilsem. Näiteks, kui veepuhastusjaama jõuab mõne tööstuse kõrgendatud sisaldusega väljavool, tulevad biofilmile kasvanud bakterikultuurid toime ka paljudele elusorganismide jaoks mürgiste ravimikontsentratsioonidega.

Lisaks jätab taolisi ühendeid kasutav bakteriaalne süsteem endast maha suhteliselt väikese koguse liigmuda biomassi ja eritab vähe kasvuhoonegaase. "Sellel süsteemil on väga väike biomassi tekke kiirus ehk seda jääkmuda, mis on vaja protsessist hiljem eemaldada, tekib kuni 90 protsenti vähem. Sama kehtib kasvuhoonegaaside eritumise kohta. Naerugaasi, mis muidu denitrifikatsiooni käigus eraldub, tekib minimaalselt,“ lisas Zekker.

Ehkki praegu uurivad teadlased erinevate ravimijääkide lagundamist veel laboris, avaldas Zekker lootust, et tulevikus võiks kõnealuse biosüsteemiga ära käidelda tervete asulate reovee: „Kõigepealt me uurime need asjad laboris välja. Seejärel tuleks seda katseprojekti korras rakendada mõne rohkem ravimeid kasutava asutuse, nagu haigla või hooldekodu, juures,“ sõnas Ivar Zekker.

Sealt edasi võiks süsteemi mahtusid suurendada mõne tuhande liitri peale. Kui see tehtud, võib rääkida juba tervetest linnadest või asulatest ehk 100 tuhande liitristest süsteemidest.

Tartu Ülikooli kolloid- ja keskkonnakeemia teadur Ivar Zekkeri teised esinemised:

„Tark Tartu ⟩ Teadlased panevad bakterid ravimijääke hävitama“, Postimees.

„Millised ravimijäägid jõuavad reoveega Läänemerre, mida need põhjustavad ja kuidas aitab probleeme leevendada käimasolev biokile europrojekt?“, Kuku raadio saatesari „Kuue samba taga“.

„Ökoskoop. Ravimijäägid meres ja jätkusuutlik kokakunst.“, Vikerraadio.

„Tuhanded tonnid ravimijääke keeravad loodust põhjalikult tuksi - mida teha?“, Kuku raadio loodus-teadussaade „Kukkuv õun". 

„INTERVJUU TEADLASEGA | Dr. Ivar Zekker: mida teeksime, kui Tartus toimuks olümpiamängude triatlonivõistlus ja Emajõgi kubiseks kolibakterist?“, Delfi.