如果你的牛仔裤上充满细菌（好看的那种）
2022/9/7 17:00:00 中国科普博览

    

    

     我们穿的牛仔裤有各种款式和颜色，但有一种色调最受欢迎且永不过时，那就是靛蓝。

     为了满足人们对蓝色牛仔布永不停休的热情，工厂每年都会生产超过 45,000 吨合成靛蓝染料。如此之大的产量带来了不少环保问题。

     首先，合成靛蓝的原料是石油化工产品苯胺，合成靛蓝的过程也涉及多种有毒有害的化学品，如氰化氢、甲醛、强碱等等。

     其次，靛蓝微溶于水，这使得它在染色过程中必须先被转化为易溶于水的形式——被称为隐色靛蓝的靛白，靛白吸附至织物中的纤维表面，再重新氧化成为靛蓝，织物才被染成蓝色。

    靛蓝染料，来源：botanicalcolors

     这个过程会产生大量具有腐蚀性的硫酸盐和亚硫酸盐废物，进而腐蚀染料厂的管道和其他设备，其中大部分废物被排入河流和溪流，对环境也会造成极大的污染。时尚行业蓬勃发展，人们对服装染料需求的逐年升高，这使得其造成的生态后果持续恶劣。

    

    

    纺织污染，来源：sustainbyka

     Part.1

     大肠杆菌给出答案为了生态，是否要牺牲掉我们对牛仔服饰的热情？科学家总有办法。他们宣布已经开发出一种环保技术来生产牛仔原色。有研究人员在《自然化学生物学》杂志上评价该技术尚不具备商业可行性，但有望“对历史悠久但不可持续的靛蓝染色工艺进行革新。”

     这种方法是使用实验室培养的大肠杆菌来制作靛蓝，并应用于牛仔裤染色。大肠杆菌是与我们日常生活关系非常密切的一类细菌，一种在显微镜下呈胶囊状的肠道细菌，同时它也是结构最简单的生物体之一。

    

    大肠杆菌，来源：csmonitor

     那么，细菌是如何给牛仔裤上色的呢？灵感来源于自然界。

    

    菘蓝(果)，来源：Nat. Chem.

     首先，一些植物中具有靛蓝色素的“前体”，经过一定的化学反应，就可以变成靛蓝色素，比如菘蓝中含有的吲哚酚(Indoxyl)，它不是很稳定，植物自己就在葡萄糖基转移酶的作用下将其转化为稳定的吲哚苷(Indican)，便于储存。也许你已经发现了，这些复杂化学名词的英文与靛蓝(Indigo)同源。在人为可控的环境条件下，吲哚苷会转化回吲哚酚，接着，由于它不稳定，发生氧化，形成靛蓝，进而将叶子染蓝。

    

    大肠杆菌中产生吲哚苷，并最终形成靛蓝的路线，来源：Nat. Chem.

     于是，参考这个过程，借助基因工程手段，研究者将菘蓝中的葡萄糖基转移酶基因植入大肠杆菌体内，这样，大肠杆菌便拥有了合成吲哚苷的能力，然后提取出这些吲哚苷，溶解在水中，用相同的环境条件，使其转化回吲哚酚，再进行氧化，靛蓝便染色成功了。

    

    大肠杆菌的菌落，经过基因改造以产生染料靛蓝 ，来源：pixels

     这可谓是向大自然学习借鉴的典范。生物工程的染色方式比传统化学合成方式更为环保，减少了很多化学污染。

     Part.2

     看蓝菌尽染，漫衫碧透其实使用植物和微生物作为天然染料的历史十分悠久，比如我国民间传统的草木扎染工艺，晕色丰富、变化自然且趣味无穷，这项工艺千百年来承袭时令变化，取于自然，用于自然。

     然而到了19世纪，随着合成染料的引进与发展，化学织物染色因其标准化和规模化的生产代替了传统植物染色。相较于植物染，化学染具有色泽鲜艳、价格低廉、生产便捷的优势，因此，植物染的传统工艺和技术受到前所未有的冲击和影响。

     但近年来随着全世界环境保护意识的提高，服装行业也逐渐意识到化学染料具有污染环境、危害健康等隐患。根据World Bank的数据，所有工业用水污染中17%-20%是由服装染色或处理引起的。在追求高品质、绿色环保、安全健康的消费趋向下，人们开始趋向于关注新型环保的染色技术。

     津巴布韦的合成生物设计师基耶萨(Natsai Audrey Chieza)与伦敦大学学院合成生物学教授John Ward合作，研究如何能够使用产生色素的细菌染色来取代对环境有害的化工靛蓝染色。她选用天蓝色链霉菌这种在植物根部常见的非致病性菌种，经过反复的实验发现培养细菌过程中的PH值、时间、温度和培养皿的大小等因素都会影响颜色的呈现。

    

    蓝色链霉菌，来源：twitter

     基耶萨在实验中把大量不同材质的织物浸泡在天蓝色链霉菌的稀释液体培养物中后，再将它们置于琼脂生长培养基的表面。

     经过数日的培养，无论在织物表面还是在织物和培养基之间，都被天蓝色链霉菌繁殖生成的菌落覆盖。

     随着菌落不断扩大，数以百万计的细胞产生了大量肉眼可见的色素，延时摄像机也记录下颜色窸窣蔓延的过程。这样的染色方法可以比化学染色法节省500倍的用水，同时减少了对环境有害的化学合成物生成。

    

    链霉菌覆盖在布料上，来源：traceitlab

     这是基耶萨将一条丝巾接种了少量的天蓝色链霉菌，再放入直径150毫米的培养皿中进行“培养染色”。随着天蓝色链霉菌落的繁殖，最终丝巾呈现出清丽质朴的色彩。

    

    染色成功的布料，来源：voordewereldvanmorgen

     艺评人Liz Stinson也被其美妙的色彩所吸引：“从没想过我会很想戴一条被细菌覆盖的丝巾!然而当我真切地见到它时，很渴望立马拥有这块用天蓝色链霉菌染色的艺术品!”

     细菌会“自发”地在营养丰富、氧气充足、温度适宜的条件下产生色素。而由剑桥大学科学家创立的英国生物技术公司Colorifix，通过在生物体中复制颜色DNA 信息，来为细菌“手动”上色。

     过程是这样的：从鹦鹉羽毛上刮下一些带有色素的细胞，在其中寻找能使羽毛变色的DNA信息，并将这串DNA信息复制置入某种细菌中，以使细菌产生与羽毛相同的颜色。之后，将染色的细菌直接涂在纺织品上并加热到细胞膜破裂。这样，细菌的色素会留在织物上，随着织物上的细胞膜被洗掉，染色完成，done!

     Part.3

     何日菌再蓝在《The Devil Wears Prada》中，主编对Andrea说：“你以为你穿的这件蓝色羊毛衫是自己的随意选择，与时尚毫不相干，其实不然，它的蓝色来自时尚界最权威的新品发布会，之后蓝色衣物才风行于全世界各大商场。所以你的服装颜色是掌握时尚话语权的人替你选的。”

     那我们是否可以设想在未来某天，细菌也能够在时尚行业拥有举足轻重的话语权，替我们决定今天穿哪种蓝色的菌呢？

     参考文献:

     https://margotmassenet.com/bacterial-dyes

     https://www.x-mol.com/news/11030

     https://www.guokr.com/article/442720/

     https://www.natsaiaudrey.co.uk/

     https://www.snexplores.org/article/bacteria-become-source-greener-blue-jeans

     https://www.nature.com/articles/nchembio.2552

     来源：as center as科学艺术研究中心

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