Инновационная технология: Бактерии создают цветные ткани
Ученые использовали генетически модифицированные бактерии для одновременного производства и окрашивания тканей в одном процессе. В отличие от существующих методов, основанных на ископаемом топливе, новая техника предлагает более простой и устойчивый способ производства цветных текстилей.
В новом исследовании, описанном 12 ноября в журнале Trends in Biotechnology, исследователи создали ткани на основе целлюлозы, охватывающие все цвета радуги, изменяя условия роста бактерий.
«Синтетические волокна сильно зависят от химического синтеза и энергоемких процессов постобработки, которые могут быть трудоемкими и наносить вред окружающей среде», — сказал ведущий автор исследования Санг Юп Ли, профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии Корейского передового института науки и технологий. По словам Ли, такие процессы могут приводить к выбросам парниковых газов и загрязнению воды и почвы тяжелыми металлами и канцерогенами.
В последние годы наблюдается возрастающая тенденция к использованию альтернативных методов производства натуральных волокон из ферментации бактерий. Целлюлоза представляет собой многообещающую цель, так как этот материал имитирует натуральные волокна, встречающиеся в таких тканях, как хлопок. Акачащаяся вариабельность бактерий обычно превращает глюкозу в целлюлозные волокна для обеспечения структурной поддержки и защиты от других микробов. Однако целлюлоза, производимая бактериями, изначально белая, что означает, что ее часто нужно окрашивать после обработки.
Ли и его команда упростили этот процесс, вырастив целлюлозообразующие бактерии рядом с микроорганизмами, производящими натуральные красители. Команда использовала штаммы красителей, производящие Escherichia coli, для создания двух классов красителей: темных виолецинов (которые производили цвета, такие как фиолетовый, синий и зеленый) и теплых каротиноидов (которые производили цвета, такие как красный, оранжевый и желтый).
Исследователи первоначально генетически модифицировали метаболический путь штамма бактерий Komagataeibacter xylinus, чтобы увеличить производство целлюлозы во время ферментации. Затем добавление штаммов, производящих виолецин, в реакционную емкость привело к получению тканей окрашенных в фиолетовый, синий и зеленый цвета.
Тем не менее, команде не удалось использовать тот же метод для достижения более теплых тонов, поскольку бактерии не производили достаточно красителя для окрашивания целлюлозной ткани, вероятно, из-за плохого роста бактерий. Чтобы преодолеть эту проблему, они добавили заранее вырошенную и обработанную целлюлозу в культуру каротиноидообразующих E. coli. Этот метод совместной культуры успешно привел к получению тканей красного, оранжевого и желтого цветов, что завершило радугу команды.
В целом, этот метод «устраняет необходимость в отдельных процессах окраски и стирки», добавил Ли, подчеркивая, что это помогает сократить химические отходы и расход воды. Цветная бактериальная целлюлоза продемонстрировала хорошую устойчивость к кислотам, щелочам, тепловым воздействиям и стирке. Тем не менее, команде было отмечено, что необходимо дальнейшее исследование для полной проверки этих материалов, особенно на устойчивость к промышленным моющим средствам и механическому износу.
В будущем Ли планирует «расширить текущую платформу из семи цветов до более широкого спектра» и масштабировать процесс до индустриального уровня, сохраняя при этом стабильное качество. Дальнейшее изменение способа, которым бактерии производят целлюлозу, может открыть новые возможности для использования материала, такие как разлагаемая упаковка.
