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为解决耐药病原体和工业染料污染问题，研究人员开展胡椒碱驱动合成纳米氧化锌（ZnONPs）的研究，发现其具抗菌、抗生物膜等特性，对废水处理有重要意义。
研究背景
在当今世界，耐药病原体和工业染料废水已成为严重威胁全球公共卫生和环境可持续性的两大难题。随着抗生素在各个领域的滥用，抗菌耐药性（AMR）问题日益严峻，耐药病原体不断涌现。据统计，2019 年因 AMR 导致约 127 万人死亡，若不采取有效措施，预计到 2050 年，这一数字将飙升至 3900 万，还会带来高达 1 万亿美元的额外医疗成本。在众多耐药病原体中，非伤寒沙门氏菌（NTS）引发的食源性疾病尤为突出，每年全球约有 9380 万例急性胃肠炎病例由其引起，约 15.5 万人因此丧生。同时，工业生产中使用的大量染料，如亚甲基蓝（MB）、结晶紫（CV）和罗丹明 B（RhB）等，因其稳定性强、难降解，在环境中不断累积，造成了严重的水污染。
面对这些困境，科学家们一直在寻找有效的解决方案。纳米技术的出现为应对这些问题带来了新的希望，纳米颗粒（NPs）因其独特的性质，在处理耐药病原体和废水方面展现出巨大潜力。其中，氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）凭借其化学多功能性、广泛的生物应用以及美国食品药品监督管理局（FDA）认可的一般公认安全（GRAS）特性，受到了研究人员的广泛关注。此外，绿色合成方法因其简单、安全、可靠且生物相容性好等优点，成为制备纳米颗粒的理想选择。基于此，本研究旨在探索一种利用胡椒碱驱动合成 ZnONPs 的方法，并评估其对多药耐药（MDR）食源性 NTS 菌株的抗菌、抗生物膜和光催化消毒潜力，同时研究其对染料的降解能力和抗氧化性能。该研究由未提及具体单位的研究人员开展，相关成果为解决耐药病原体和环境污染问题提供了新的思路和方法，论文发表于BMC Microbiology 。
研究方法
- 细菌菌株：选用从家禽养殖场分离的 MDR 细菌菌株（S. Enteritidis [S1; S2; S3] 和S. Typhimurium [ST1; ST2; ST3]），并通过抗菌药敏试验和 PCR 检测进行重新验证。
- 计算机模拟分析：利用 Swiss ADME 软件对胡椒碱进行计算机模拟吸收、分布、代谢、排泄和毒性（ADMET）分析，使用 Protox-II 和 StopTox 软件预测其毒性和心脏毒性；通过 Autodock v.4.20 进行分子对接，评估胡椒碱与Salmonella spp. 的 ompC 基序的结合亲和力。
- ZnONPs 的合成与表征：采用胡椒碱还原 0.10 M 的醋酸锌二水合物溶液制备 ZnONPs，通过颜色变化判断合成反应的发生。使用 UV-Vis 分光光度计、粉末 X 射线衍射（PXRD）和透射电子显微镜（TEM）对 ZnONPs 进行表征。
- 抗菌活性测定：采用微量肉汤稀释法测定 ZnONPs 对 MDR - S. Typhimurium 和S. Enteritidis的最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）。
- 稳定性和安全性评估：将 ZnONPs 暴露于高温、蛋白酶、阳离子盐和不同 pH 环境中，评估其稳定性；通过鸡红细胞溶血试验、人胚肾（HEK）细胞系细胞毒性试验以及对有益肠道乳酸菌的影响评估其安全性。
- 其他性能检测：运用还原能力测定和 2,2′- 联氮 - 双 (3 - 乙基苯并噻唑啉 - 6 - 磺酸)（ABTS??）测定评估 ZnONPs 的抗氧化潜力；采用结晶紫染色法评估其抗生物膜潜力；通过在不同浓度 ZnONPs 和光照条件下培养细菌，测定细菌数量变化，评估其光催化消毒和染料降解能力。
- 统计分析：每项实验重复三次，使用 GraphPad Prism 8.2.1 软件进行统计分析，以 P≤0.05 为具有统计学意义。
研究结果
- 计算机模拟分析结果：ADMET 分析显示胡椒碱具有药物相似性，无违反 Lipinski 规则五的情况，生物利用度评分 0.55，能在胃肠道吸收并穿过血脑屏障。分子对接表明胡椒碱与 ompC 基序结合能为 - 6.55 kcal/mol，存在多种相互作用，说明其可作为潜在抑制剂与Salmonella spp. 的 ompC 基序强烈相互作用。
- ZnONPs 的合成与表征结果：合成 ZnONPs 时溶液颜色由无色变为白色，表明合成成功。UV-Vis 光谱显示在 340 nm 处有最大吸收峰，PXRD 分析表明其具有六方纤锌矿晶体结构，TEM 图像显示粒子呈球形，存在团聚现象，SAED 模式证实其六方纤锌矿结晶度。
- 抗菌活性结果：ZnONPs 对测试的 MDR - NTS 菌株的 MIC 和 MBC 值分别为 62.50 μg/mL 和 125 μg/mL，其抗菌性能归因于活性氧的产生、与细菌膜的相互作用以及胡椒碱的存在。
- 稳定性和安全性结果：ZnONPs 在高温、蛋白酶、阳离子盐和不同 pH 环境下表现出不同程度的稳定性。在鸡红细胞溶血试验中，其溶血率低于 2%；MTT 细胞毒性试验表明对 HEK 细胞系无细胞病变效应；对有益肠道乳酸菌生长无显著影响，说明其安全性良好。
- 抗氧化和抗生物膜结果：ABTS 和还原能力测定显示 ZnONPs 的抗氧化性能呈剂量依赖性增加。结晶紫染色试验表明 ZnONPs 在 24 h 和 48 h 时对 MDR - NTS 菌株的生物膜形成有显著抑制作用（P＜0.001）。
- 光催化消毒和染料降解结果：光催化研究表明，在可见光下 4 h 可完全消除细菌。ZnONPs 在不同光源下对 MB、CV 和 RhB 均有降解作用，其中对 MB 降解效果最佳，在阳光下照射 105 min 降解率可达 92.53%。不同染料的降解遵循不同的动力学模型。
研究结论与讨论
本研究成功开发了一种可持续的一锅法，利用胡椒碱合成 ZnONPs。研究发现胡椒碱具有潜在抗菌性且毒性低，与Salmonella spp. 的 ompC 基序相互作用强。合成的 ZnONPs 对 MDR - NTS 菌株表现出显著的抗菌活性，有望成为传统抗生素的可行替代品。其抗生物膜特性在治疗慢性感染方面具有重要意义，可增强现有治疗方法的效果。在环境应用方面，ZnONPs 能有效降解有害染料，为废水处理提供了新途径。不过，该研究也存在一些局限性，如合成过程的可扩展性面临挑战，胡椒碱的来源和纯度可能影响实验结果的可重复性，生物相容性评估还需进一步完善等。未来研究应致力于优化合成参数、评估大规模生产的环境影响、开发标准化生产方法以及开展体内临床研究，以充分挖掘 ZnONPs 的应用潜力。
