Ученые научили бактерии создавать одежду: что это значит для будущего моды?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Мир моды, к сожалению, не отличается экологичностью. От разведения животных для получения кожи и меха до использования токсичных красителей и синтетических тканей — индустрия оставляет значительный углеродный след. Но что, если бы мы могли создавать одежду из материалов, выращенных бактериями?

Недавно исследователи из Имперского колледжа Лондона сделали большой шаг в этом направлении, модифицировав бактерии для производства самоокрашивающейся кожи. Эта инновация может стать настоящей революцией в мире моды, предлагая экологичную и этичную альтернативу традиционным материалам.

Как это работает?

В основе этой технологии лежит бактериальная целлюлоза — прочный, гибкий и податливый материал, который уже используется в пищевой промышленности, медицине и косметике. Ученые модифицировали гены бактерий, производящих целлюлозу, чтобы они также вырабатывали черный пигмент — эумеланин.

(a), Процесс производства меланизированной BC включает в себя два этапа. K. rhaeticus, экспрессирующие тирозиназу, выращивают в статических условиях для получения пленки. После выращивания его собирают, помещают в буфер для развития и инкубируют при перемешивании при температуре от 30 °C до 50 °C до тех пор, пока материал не достигнет желаемого оттенка. (b), Изображения показывают замедление прогрессии накопления эумеланина в течение 24 ч при 30 °C для пленок K. rhaeticus ptyr1 и K. rhaeticus ctyr1, помещенных в буфер развития. (c), Производство пленки может вестись в стандартизированных контейнерах для производства листов BC, из которых можно вырезать и собрать детали шаблона. (d), A K. rhaeticus ctyr1 pellicle, выращенный в контейнере 300 × 200 мм, после стадии развития эумеланина. (e), Окончательный прототип кошелька, вырезанный и собранный из двух прессованных и высушенных меланированных листов BC. (f), Производство пленки также может происходить в фасонных контейнерах, производя BC, предварительно сформированный по 2D-шаблону конечной детали модели. (g), пленка K. rhaeticus ptyr1, выращенная в профилированном контейнере, после развития эумеланина. Металлические штифты, видимые по периметру пленки, удерживают сеть тканых нитей, которые интегрируются в пленку во время роста. (h), Окончательный прототип верха обуви, изготовленный из меланизированного формованного листа BC со встроенной пряжей, который был обернут вокруг колодки в форме стопы и помещен на подошву обуви. — (a), Процесс производства меланизированной BC включает в себя два этапа. K. rhaeticus, экспрессирующие тирозиназу, выращивают в статических условиях для получения пленки. После выращивания его собирают, помещают в буфер для развития и инкубируют при перемешивании при температуре от 30 °C до 50 °C до тех пор, пока материал не достигнет желаемого оттенка. (b), Изображения показывают замедление прогрессии накопления эумеланина в течение 24 ч при 30 °C для пленок K. rhaeticus ptyr1 и K. rhaeticus ctyr1, помещенных в буфер развития. (c), Производство пленки может вестись в стандартизированных контейнерах для производства листов BC, из которых можно вырезать и собрать детали шаблона. (d), A K. rhaeticus ctyr1 pellicle, выращенный в контейнере 300 x 200 мм, после стадии развития эумеланина. (e), Окончательный прототип кошелька, вырезанный и собранный из двух прессованных и высушенных меланированных листов BC. (f), Производство пленки также может происходить в фасонных контейнерах, производя BC, предварительно сформированный по 2D-шаблону конечной детали модели. (g), пленка K. rhaeticus ptyr1, выращенная в профилированном контейнере, после развития эумеланина. Металлические штифты, видимые по периметру пленки, удерживают сеть тканых нитей, которые интегрируются в пленку во время роста. (h), Окончательный прототип верха обуви, изготовленный из меланизированного формованного листа BC со встроенной пряжей, который был обернут вокруг колодки в форме стопы и помещен на подошву обуви.
Автор: Walker, K.T., Li, I.S., Keane, J. et al. Self-pigmenting textiles grown from cellulose-producing bacteria with engineered tyrosinase expression. Nat Biotechnol (2024). https://doi.org/10.1038/s41587-024-02194-3 Источник: www.nature.com

В результате получился материал, который не только обладает свойствами кожи, но и сам окрашивается в черный цвет. Это избавляет от необходимости использовать вредные химические красители, которые загрязняют окружающую среду.

Больше, чем просто черный

Исследователи не остановились на достигнутом. Они продемонстрировали, что бактерии можно модифицировать для производства различных цветов и даже узоров. С помощью проекции синего света на бактериальные культуры можно создавать светящиеся рисунки и логотипы, которые формируются внутри материала.

(a), Предложена процедура получения паттерна БК с помощью оптогенетики. (b), Система Opto-T7RNAP использует расщепленную T7-РНК-полимеразу, активируемую синим светом путем слияния со светочувствительными магнитными белками. (c), Генетическое расположение оптогенетических штаммов K. rhaeticus. Экспрессия расщепленных генов T7RNAP индуцируется арабинозой. (d), Красная флуоресцентная развертка верхней поверхности синего света, подвергшаяся воздействию влажной пленки K. rhaeticus pOpto-T7RNAP*(563-F2)-mCherry (диаметр = 150 мм). На рисунке справа вверху показано изображение, проецируемое на пленку во время роста. Показанная пленка представляет собой два узорчатых повтора пленки. (e), Правая часть проецируемого изображения содержала градуированную полосу, от минимального до максимального пропускаемого света. Данные показывают интенсивность красной флуоресценции, наблюдаемую в пленке по отношению к этой градуированной полосе. Насыщенность пикселей для каждого горизонтального среза показана розовым цветом. Черная пунктирная линия представляет интенсивность неоткрытых областей пленки. (f), Наименьшая спроецированная метка на открытой пленке. (g), Характеристика оптогенетических конструкций с геном-мишенью mCherry при разной концентрации арабинозы (масс./об.). Полосы (синие, экспонированные и серые, неэкспонированные) показывают среднее увеличение красной флуоресценции через 6 ч, нормализованное по OD600. Столбцы погрешности показывают s.d. трех биологических репликаций. Разница в кратности между обнаженными и неэкспонированными клетками показана выше, за исключением случаев слабого роста. (h), Сравнение проекционного видео с полученной влажной пленкой K. rhaeticus Opto-T7RNAP(563-F1)-tyr1 после развития эумеланина (размеры = 300 × 170 мм). Прямоугольники (черный и синий) в верхней части проекционного видео синхронизированы таким образом, чтобы помочь рассчитать минимальное время экспозиции света. Показан денситометрический снимок и фотография верхней поверхности пленки. (i), Увеличенные срезы денситометрического сканирования пленки K. rhaeticus Opto-T7RNAP(563-F1)-tyr1. Черный треугольник указывает на шестой прямоугольник, указывая на требуемое время экспозиции в 40 часов. (j), Характеристика оптогенетического конструкта с помощью tyr1 при разной индукции арабинозы. Столбцы (синие, экспонированные и серые, неэкспонированные) показывают среднее значение и s.d. трех биологических реплик начальной (0–100 мин) скорости реакции продукции эумеланина, измеренной при OD405, нормированное к числу исходных ячеек по наружному OD600 в момент времени 0. — (a), Предложена процедура получения паттерна БК с помощью оптогенетики. (b), Система Opto-T7RNAP использует расщепленную T7-РНК-полимеразу, активируемую синим светом путем слияния со светочувствительными магнитными белками. (c), Генетическое расположение оптогенетических штаммов K. rhaeticus. Экспрессия расщепленных генов T7RNAP индуцируется арабинозой. (d), Красная флуоресцентная развертка верхней поверхности синего света, подвергшаяся воздействию влажной пленки K. rhaeticus pOpto-T7RNAP*(563-F2)-mCherry (диаметр = 150 мм). На рисунке справа вверху показано изображение, проецируемое на пленку во время роста. Показанная пленка представляет собой два узорчатых повтора пленки. (e), Правая часть проецируемого изображения содержала градуированную полосу, от минимального до максимального пропускаемого света. Данные показывают интенсивность красной флуоресценции, наблюдаемую в пленке по отношению к этой градуированной полосе. Насыщенность пикселей для каждого горизонтального среза показана розовым цветом. Черная пунктирная линия представляет интенсивность неоткрытых областей пленки. (f), Наименьшая спроецированная метка на открытой пленке. (g), Характеристика оптогенетических конструкций с геном-мишенью mCherry при разной концентрации арабинозы (масс./об.). Полосы (синие, экспонированные и серые, неэкспонированные) показывают среднее увеличение красной флуоресценции через 6 ч, нормализованное по OD600. Столбцы погрешности показывают s.d. трех биологических репликаций. Разница в кратности между обнаженными и неэкспонированными клетками показана выше, за исключением случаев слабого роста. (h), Сравнение проекционного видео с полученной влажной пленкой K. rhaeticus Opto-T7RNAP(563-F1)-tyr1 после развития эумеланина (размеры = 300 x 170 мм). Прямоугольники (черный и синий) в верхней части проекционного видео синхронизированы таким образом, чтобы помочь рассчитать минимальное время экспозиции света. Показан денситометрический снимок и фотография верхней поверхности пленки. (i), Увеличенные срезы денситометрического сканирования пленки K. rhaeticus Opto-T7RNAP(563-F1)-tyr1. Черный треугольник указывает на шестой прямоугольник, указывая на требуемое время экспозиции в 40 часов. (j), Характеристика оптогенетического конструкта с помощью tyr1 при разной индукции арабинозы. Столбцы (синие, экспонированные и серые, неэкспонированные) показывают среднее значение и s.d. трех биологических реплик начальной (0-100 мин) скорости реакции продукции эумеланина, измеренной при OD405, нормированное к числу исходных ячеек по наружному OD600 в момент времени 0.
Автор: Walker, K.T., Li, I.S., Keane, J. et al. Self-pigmenting textiles grown from cellulose-producing bacteria with engineered tyrosinase expression. Nat Biotechnol (2024). https://doi.org/10.1038/s41587-024-02194-3 Источник: www.nature.com

Это открывает широкие возможности для дизайна и персонализации одежды, созданной с помощью бактерий.

В будущее с оптимизмом

Хотя технология пока находится на ранней стадии развития, она уже демонстрирует большой потенциал. Ученые работают над расширением цветовой палитры и созданием новых материалов с помощью бактерий.

Сотрудничество с дизайнерами и представителями модной индустрии поможет ускорить внедрение этой технологии и сделать производство одежды более экологичным и этичным.

Бактерии-модельеры — это не просто научная фантастика, а реальность, которая может изменить мир моды к лучшему.