Для модниц, стремящихся к устойчивому развитию, материалы, изготовленные из быстрорастущих экологически чистых бактерий, предлагают привлекательную альтернативу заменителям кожи или искусственного пластика, таким как «кожа». Тем не менее, раскрашивание или добавление узоров на эти бактериальные ткани все равно может означать работу с вредными для окружающей среды красителями. Исследование, опубликованное в журнале Nature Biotechnology, может предложить решение: генно-инженерные бактерии для производства пигмента меланина, чтобы материал мог окрашиваться сам.
«Это пример того, как биология может создавать продукты, которые не только обладают замечательными свойствами, но также могут производиться с минимальными затратами и быть устойчивыми», — говорит Сара Молинари, синтетический биолог из Университета Мэриленда, не принимавшая участия в исследованиях. изучение. Текстиль, созданный бактериями, — это «совершенно новый подход в производстве материалов».
Заменитель кожи изготовлен из целлюлозы, важного структурного материала растений, который также вырабатывается несколькими видами бактерий. В последние годы исследователи и дизайнеры начали производить текстиль из бактериальной целлюлозы в качестве альтернативы коже и кожзаменителю, некоторые из которых уже представлены на рынке.
Прочный текстиль, которому ученые могут быстро придать нестандартную форму, имеет многие из тех же свойств, что и традиционная кожа. Но хотя текстиль из бактериальной целлюлозы оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем кожа или пластик, он естественно бежевого цвета. Это означает, что их обычно окрашивают с использованием традиционных процессов окрашивания, при которых может использоваться большое количество воды и выделяться агрессивные химические вещества в окружающую среду.
Исследователи из Имперского колледжа Лондона (ICL) задались вопросом, можно ли заставить бактерии производить целлюлозу, имеющую естественный темный цвет. Чтобы выяснить это, они генетически модифицировали бактерию, производящую целлюлозу, Komagataeibacter rhaeticus — ту же бактерию, которая помогает ферментировать чайный гриб, — добавив ген другой бактерии, которая производит черный пигмент меланин. Меланин — это то, что придает цвет тканям в мире природы, включая кожу человека, глаза и волосы.
Ранние эксперименты не были многообещающими. Целлюлозный материал оказался бледным и блеклым, а не темно-черным, как надеялись исследователи. Затем они обнаружили, что среда, используемая для культивирования K. rhaeticus в контейнерах в лаборатории, становилась более кислой по мере роста бактерий, блокируя выработку меланина. Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали двухэтапный процесс: после производства целлюлозы они погрузили материал в вибрирующую ванну с тем же pH, что и вода, и быстро появился насыщенный черный цвет. Получив нужный цвет, ученые вырастили листы бактериальной целлюлозы до нужных размеров и форм, необходимых для изготовления кошелька и верхней части обуви. После этого ученые используют тепловой пресс, чтобы уничтожить оставшиеся бактерии.
«Цвет был действительно поразительным», — говорит соавтор исследования Том Эллис, синтетический биолог из ICL. «Намного больше, чем мы предполагали».
Исследователи также создали узоры на текстиле, генетически модифицировав бактерии чайного гриба, которые производят пигмент меланин только при воздействии синего света, который проецируется в виде узоров на лист целлюлозы.
Исследователи отметили, что окрашенные меланином ткани столь же долговечны, как и их неокрашенные аналоги из целлюлозы. «Очень сложно добиться чего-то, что будет блестящим в реальном мире, никогда не развалится за 10 лет, а потом можно будет бросить его в компост, и оно исчезнет через полгода», — говорит Эллис. Но он надеется, что этот материал сможет достичь этих целей.
Команда сотрудничала с текстильной биотехнологической компанией Modern Synthesis, которая планирует использовать исследования группы для создания новых продуктов. Однако компания не предоставила никакого финансирования для исследования. По словам Эллиса, если эта технология получит распространение, она может стать образцом для создания более экологически чистых материалов для мира моды. Он надеется оптимизировать процесс пигментирования, чтобы материал можно было производить быстрее, а также производить целлюлозный текстиль в более широком диапазоне цветов.
«В модных компаниях есть большая жажда создания текстиля, изготовленного с помощью микроорганизмов, и использования биотехнологий для достижения этой цели», — говорит Эллис.
Молинари говорит, что непосредственная модификация бактерий для получения узоров и цветов «значительно упрощает производство», что может помочь производителям масштабировать эту технологию. Но она отмечает, что у производителей возникли проблемы с наращиванием производства других видов биотекстиля, сохраняя при этом доступные цены для потребителей.
