Бактерии создают радужные и экологичные ткани
В будущем одежда может производиться из резервуаров с живыми микробами. В журнале Trends in Biotechnology исследователи продемонстрировали, что бактерии могут одновременно создавать ткань и окрашивать её во все цвета радуги — в одной ёмкости. Этот подход предлагает устойчивую альтернативу химически интенсивным процессам современной текстильной промышленности.
«Индустрия полагается на синтетические волокна на основе нефти и химикаты для окрашивания, которые включают канцерогены, тяжёлые металлы и эндокринные разрушители», — говорит старший автор, биохимический инженер Сан Юп Ли из Корейского института передовых технологий.
«Эти процессы генерируют много парниковых газов, ухудшают качество воды и загрязняют почву, поэтому мы хотим найти лучшее решение».
Бактериальная целлюлоза — волокнистые сети, производимые микробами во время ферментации, — стала потенциальной альтернативой нефтехимическим волокнам, таким как полиэстер и нейлон.
Создание и окрашивание ткани бактериями
Команда Ли пошла дальше, решив создать волокна с ярким природным пигментом, выращивая вместе бактерии, производящие целлюлозу, и микробы, производящие цвет. Микробные цвета происходили из двух молекулярных семейств: виолацеинов (от зелёного до фиолетового) и каротиноидов (от красного до жёлтого).
«Сначала всё полностью провалилось, — говорит Ли. — Либо производство целлюлозы было намного меньше ожидаемого, либо она вообще не окрашивалась».
Команда выяснила, что бактерия Komagataeibacter xylinus, производящая целлюлозу, и бактерия Escherichia coli, производящая цвет, мешали росту друг друга.
Скорректировав рецепт, исследователи нашли способ примирить микробов. Для холодных тонов виолацеинов они разработали метод отсроченного совместного культивирования, добавляя цветопродуцирующие бактерии после того, как целлюлозные бактерии уже начали расти, позволяя каждой выполнять свою работу, не мешая другой.
Для тёплых тонов каротиноидов команда разработала метод последовательного культивирования: сначала целлюлозу собирали и очищали, а затем замачивали в пигмент-продуцирующих культурах. Вместе эти две стратегии позволили получить яркую палитру листов бактериальной целлюлозы фиолетового, тёмно-синего, синего, зелёного, жёлтого, оранжевого и красного цветов.
Проверка долговечности и перспективы
Чтобы проверить, сохранятся ли цвета в условиях повседневной жизни, команда испытала материалы, подвергая их стирке, отбеливанию, нагреванию, а также замачиванию в кислоте и щёлочи. Большинство сохранило свои оттенки, а текстиль на основе виолацеина даже превзошёл синтетический краситель в тестах на стирку.
«Наша работа не изменит всю текстильную промышленность прямо сейчас, — говорит Ли. — Но, по крайней мере, мы предложили экологически чистое направление для устойчивого окрашивания текстиля с одновременным производством целлюлозы».
По оценкам Ли, ткани на основе бактерий появятся на полках магазинов не раньше, чем через пять лет. Среди оставшихся препятствий — масштабирование производства и конкуренция с дешёвыми нефтехимическими продуктами. Реальный прогресс также потребует сдвига в сознании потребителей в сторону приоритета устойчивости над ценой.
«Наш человеческий долг — сделать мир лучше и позволить нашим детям жить более счастливой жизнью, — говорит Ли. — Это исследование — одно из таких усилий. Давайте будем добрее к окружающей среде и сделаем что-то хорошее для будущих поколений».