将植物废物转化为可以预防病原体感染的抗菌剂

内布拉斯加州的研究人员正在将植物废物转化为抗菌剂，这有助于预防病原体感染和死亡，同时显着降低抗菌治疗的成本，并为生物经济带来福音。

抗生素耐药性是一个重要的公共卫生问题。联合国估计，到2050年，耐药性疾病每年可能导致1000万人死亡。

据美国疾病控制与预防中心称，为了应对抗生素耐药性，美国每年花费约550亿美元。挑战不仅在于需要新型抗生素药物，还需要有效的抗菌涂层和消毒溶液。这是因为许多耐药感染源自触摸表面、医疗保健设备、医院植入物以及废水系统。

科学家们正在努力开发新型抗菌剂来解决这个问题，并在合成材料方面取得了一些成功，这些材料虽然有效，但通常成本高昂，而且它们的使用和处置可能会损害环境。

“如果我们能够使用绿色环保材料设计低成本、高效的抗菌剂，我们就能两全其美，”罗斯·麦科勒姆化学和生物分子工程副教授ShudiptoDishari说。

为了实现这一使命，迪沙里的研究正在研究如何加工木质素(一种天然丰富的聚合物和植物细胞壁的主要元素)来制造新的抗菌剂。她的团队的研究结果在ACSSustainableChemistry&Engineering中进行了概述。

在这项工作中，Dishari的团队用季铵改性了挪威云杉的木质素，季铵是一种带正电的官能团，用于杀死细菌、病毒和霉菌。修饰在水中完成，确保了绿色合成。然后，研究小组在引起尿路感染的抗生素耐药性大肠杆菌菌株上测试了这种名为QAL的木质素衍生抗菌剂。QAL的带正电基团使木质素很容易攻击和破坏带净负电的细菌外皮。

“虽然抗生素耐药性细菌足够聪明，可以保护自己免受传统药物的影响，但它们无法保护自己免受QAL产生的非特异性影响，”Dishari说。

结果，使用QAL处理时，抗生素耐药细菌就会死亡并且无法进一步生长。同时，QAL对人胚胎肾细胞没有显着毒性，表明其安全使用的潜力。

木质素不仅是农业废物的主要成分，也是纸浆造纸厂和生物精炼厂的副产品。全球每年生产超过1亿吨木质素，其中大部分被焚烧或丢弃。

“通过将木质素等未开发的农业/加工废物转化为增值抗菌剂，我们可以显着降低大规模应用中抗菌处理和涂层的费用，”迪沙里说。“从更广泛的角度来看，从废木质素中可持续、规模化地生产低成本、高效的抗菌剂有助于维持纸浆和造纸工业、生物精炼厂和农场，并支持生物经济。”

迪沙里团队的一名研究生凯伦·阿库里奥·塞尔达(KarenAcurioCerda)表示，这些发现强调了她记得在课堂上学到的东西。

塞尔达说：“大自然已经弄清楚了很多事情，我们必须注意这一点。”

尽管该研究使用了来自挪威云杉的木质素，但迪沙里表示，这为用绿色材料对抗抗生素耐药性开辟了巨大的可能性。

“木质素的化学结构可能因植物来源而异，但我们准备迎接这一挑战，将其视为利用木质素化学并设计各种高效抗菌剂的令人兴奋的机会，”迪沙里说。