内布拉斯加州的研究人员正在将植物废物转化为抗菌剂，这不仅有助于预防致病性感染和死亡，还能显著降低抗菌剂治疗的成本，促进生物经济的发展。
抗生素耐药性已成为一个严重的公共卫生问题。联合国预计，到2050年，抗药性疾病每年可能导致1000万人死亡。
根据美国疾病控制与预防中心的数据，为了应对抗生素耐药性，美国每年在此方面的支出约为550亿美元。我们面临的挑战不仅在于需要新型抗生素，还需要有效的抗菌涂层和消毒溶液，因为许多耐药感染源于接触表面、医疗设备、医院中的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应对这一问题，尽管在合成材料方面取得了一些成功，但这些材料往往成本高昂，且其使用和处理可能对环境造成损害。
罗斯·麦科勒姆化学与生物分子工程副教授Shudipto Dishari表示：“如果我们能够设计出低成本、高效且环保的抗菌剂，将会是一个双赢的局面。”
在这一使命的驱动下，Dishari的研究团队正在探索如何将木质素——一种天然丰富的聚合物和植物细胞壁的主要成分——加工成新的抗菌剂。她的团队的研究成果已发表在《ACS可持续化学与工程》杂志上。
在这项研究中，Dishari的团队对来自挪威云杉的木质素进行了季铵修饰，季铵是一种带正电的官能团，能够有效杀死细菌、病毒和霉菌。改性过程在水中进行，确保了绿色合成。研究小组随后在一种引起尿路感染的耐抗生素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的正电荷基团使木质素能够轻易攻击并破坏细菌的带负电荷外膜。
Dishari指出：“尽管耐抗生素细菌能够从传统药物的作用中逃脱，但它们无法抵御QAL所产生的非特异性影响。”
结果显示，使用QAL治疗时，抗生素耐药细菌死亡且无法进一步生长。同时，QAL对人胚胎肾细胞无明显毒性，表明其具有安全使用的潜力。
木质素不仅是农业废弃物的主要成分，也是纸浆、造纸厂和生物精炼厂的副产品。全球每年生产的木质素超过1亿吨，其中大部分被焚烧或丢弃。
Dishari表示：“通过将木质素等未开发的农业/工艺废物转化为增值抗菌剂，我们可以显著降低大规模应用中抗菌剂的处理和涂层费用。”她补充道：“从更广泛的角度来看，持续、可扩展地从废木质素中生产低成本、高效的抗菌剂将有助于维持纸浆和造纸工业、生物炼制和农业，并支持生物经济。”
Dishari团队的一名成员、研究生凯伦·阿奎里奥·塞尔达表示，这些发现强调了她在课堂上学到的知识。
塞尔达说：“大自然已经发现了许多解决方案，我们必须对此保持敏感。”
尽管这项研究使用了来自挪威云杉的木质素，但Dishari认为，这为用绿色材料对抗抗生素耐药性开辟了巨大的可能性。
Dishari表示：“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，将其视为发挥木质素化学作用的一个令人兴奋的机会，并设计出多种高效的抗菌剂。”
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