Хто ж не любить яскравий та кольоровий одяг? А чи замислювалися ми коли-небудь, якою ціною природа платить за цю красу? Промислові барвники – це справжня отрута для нашої планети, і їх вплив на довкілля давно викликає тривогу серед науковців та екологів. Саме тому дослідники з Корейського передового інституту науки і технологій (KAIST) – провідного науково-дослідного університету Південної Кореї, що славиться своїми інноваціями в галузі науки та інженерії – представили світові інноваційне рішення, що дарує надію на створення екологічно сталого та безпечного виробництва текстилю.
Їхнє дослідження, опубліковане у виданні Trends in Biotechnology під назвою “One-pot production of colored bacterial cellulose”, пропонує світле майбутнє для екологічно чистої краси. Науковці використовують бактерію Komagataeibacter xylinus – мікроорганізм, відомий своєю здатністю продукувати целюлозу, – для створення волокон тканини. Целюлоза, до речі, є основним компонентом клітинних стінок рослин і широко використовується у текстильній промисловості. А для надання цим волокнам різноманітних відтінків, вчені залучили бактерію Escherichia coli – поширений мікроорганізм, що часто використовується у біотехнологічних дослідженнях завдяки своїй здатності продукувати різні сполуки. Ці дві бактерії, працюючи разом, можуть забарвлювати волокна у найрізноманітніші кольори, причому весь процес відбувається в одному контейнері.
Екологічна ціна краси
Чи справді сучасні методи фарбування тканин настільки шкідливі, як про це говорять? На жаль, так. Як пояснює старший автор дослідження, біохімічний інженер Сан Юп Лі, “індустрія покладається на синтетичні волокна та хімікати на основі нафтопродуктів для фарбування, які містять канцерогени, важкі метали та ендокринні руйнівники. Ці процеси генерують багато парникових газів, погіршують якість води та забруднюють ґрунт”.
Додамо до цього списку звинувачень: створення барвників споживає величезні обсяги води. Щорічно у світі близько 200 000 тонн барвників витікають з промислових підприємств і забруднюють водні системи. Ці надзвичайно стійкі речовини, спеціально розроблені для того, щоб витримувати світло, температуру, мило, відбілювач і навіть занурення, розкладаються дуже повільно через наявність антимікробних агентів.
Звісно, оскільки головне призначення барвника – змінювати колір інших речовин, вони також змінюють колір вод, які забруднюють, погіршуючи не лише їхню естетику, а й прозорість. Ця втрата прозорості призводить до зменшення фотосинтезу для водних рослин і, отже, до зниження виробництва кисню, що надалі шкодить тваринам у озерах та річках і зменшує цінність води для зрошення. І якщо цього переліку злочинів було недостатньо, багато барвників є надзвичайно токсичними та навіть мутагенними.
Далі йде вторинна руйнація всієї індустрії, яка не існувала б без барвників, що роблять її продукцію привабливою: надмірне виробництво «швидкої моди» (цей термін описує стрімке виробництво та розповсюдження трендового одягу за низькими цінами) вимагає масової експлуатації праці, забруднення вуглецем через транспортування мільйонів тонн одягу через океани, культури одноразовості, що викидає одяг тоннами на звалища, або, що ще гірше, знову відправляє його через океан як “пожертвування”, які руйнують місцеві текстильні та швейні галузі країн, що розвиваються.
Бактерії – помічники у фарбуванні
Отже, честь і хвала KAIST за те, що вони пропонують нам спосіб уникнути всього цього. Але як їхній метод створює заміну нейлону та поліестеру та фарбує її в одному чані? Під час ферментації спільна культура двох типів бактерій використовує похідні двох природних пігментів – віолацеїнів та каротиноїдів – для виробництва целюлозної мережі (волокна, що забезпечує стабільність клітинних стінок рослин), одночасно продукуючи природні барвники для червоного, жовтого, синього, помаранчевого, зеленого, темно-синього та фіолетового кольорів.
“Спочатку, – розповідає Лі, – процес повністю провалився. Або виробництво целюлози було набагато меншим, ніж очікувалося, або вона ніколи не отримувала кольору”. Його команда невдовзі виявила, що Komagataeibacter xylinus, бактерія, яка виробляла целюлозу, та Escherichia coli, бактерія, яка виробляла кольори, заважали одна одній.
Тож як команда “переконала” мікроби “грати” дружно і разом створювати прекрасні кольори? По-перше, вчені розробили підхід до відкладеної спільної культури для віолацеїнів синьої гами (від зеленого до фіолетового кольору), додаючи бактерії, що продукують колір, лише після того, як бактерії, що продукують целюлозу, починали рости. Для каротиноїдів червоної гами (від червоного до жовтого) дослідники збирали та очищали целюлозу перед зануренням її в культури, що продукують пігменти. І, вуаля – всі кольори веселки стали можливими.
Від лабораторії до гардеробу
Звісно, розкішні кольори в лабораторії функціонально нічого не варті в реальному світі, якщо одне прання перетворює яскраві веселкові відтінки на один сірий тон. Тому, щоб перевірити стійкість фарбування, команда піддала забарвлені волокна справжньому текстильному випробуванню, яке могло б довести будь-який тай-дай до жахливих сліз: їх нагрівали, відбілювали, і навіть занурювали в луги та кислоти. Хоча деякі кольори потьмяніли, інші встояли, довівши міцність волокон, з яких вони були виготовлені. У тестах на прання кольори, отримані з віолацеїнів, показали себе навіть краще, ніж ті, що отримані із синтетичних барвників.
Тож як скоро ми зможемо купувати одяг, вироблений і забарвлений бактеріями? “Наша робота не змінить усю текстильну промисловість прямо зараз”, – каже Лі, припускаючи, що метод KAIST не постачатиме тканини споживачам принаймні п’ять років, враховуючи час, необхідний для збільшення виробничих потужностей, щоб конкурувати з дешевими нафтопродуктами.
“Але принаймні ми запропонували екологічно дружній напрямок до сталого фарбування текстилю, одночасно виробляючи целюлозу”, – говорить він, освіжаюче сповнений ентузіазму щодо гуманітарної місії науки. “Наш обов’язок як людей – зробити світ кращим і дозволити нашим дітям жити щасливішим життям. Давайте будемо добрими до довкілля і зробимо щось хороше для майбутніх поколінь”.
