工程微生物還能產(chǎn)生自然界中不存在的顏色？

《中國(guó)染織史》記載，北京周口店的山頂洞人早在1.5萬年以前就開始用紅色氧化鐵礦物顏料，用骨針制作衣物。

史前時(shí)代以來，人類開始用其它生物染衣服?？脊艑W(xué)家將源自植物的靛藍(lán)追溯到秘魯海岸發(fā)現(xiàn)的一塊有600年歷史的織物;阿茲特克人和瑪雅人從仙人掌上的昆蟲中提取深紅色染料;地中海的其他人則用蝸牛制成皇家紫色。

1856年，英國(guó)化學(xué)家威廉·亨利·帕金在制取奎寧的試驗(yàn)中意外地發(fā)現(xiàn)一種紫色染料一一苯胺紫，合成染料自此拉開序幕。

到目前為止，工業(yè)上已經(jīng)使用了1萬多種不同的染料和顏色，全世界每年生產(chǎn)超過7噸x10噸的合成染料。然而，在紡織工業(yè)中，由于染色過程效率低下，每年有多達(dá)20萬噸染料在染色操作過程中流失到廢水中。

現(xiàn)在，可持續(xù)性是政府和消費(fèi)者尤為關(guān)注的問題，生物合成被給予極高的期望。

近期，在英國(guó)生物科技公司Colorifix的技術(shù)支持下，服裝品牌Pangaia發(fā)布了一款新的運(yùn)動(dòng)服，起價(jià)為170美元，其著色染料來源于細(xì)菌。

據(jù)悉，這是該公司使用微生物染料后，商業(yè)化的第一款產(chǎn)品，使用了兩種可產(chǎn)生染料的微生物，一種微生物自然存在于五顏六色的間歇泉內(nèi)部和周圍，而另一種微生物則定居在絲綢生產(chǎn)廢料中。

細(xì)菌染料著色的衣服

Colorifix成立于2016年，是第一家在紡織品顏料生產(chǎn)、沉積和固定過程中完全使用生物工藝的公司。該公司的技術(shù)源于劍橋大學(xué)，由兩位合成生物學(xué)家創(chuàng)立，分別是Jim Ajioka和Orr Yarkoni，兩人為師生關(guān)系。

起初，兩位專家在開發(fā)生物傳感器，以監(jiān)測(cè)尼泊爾農(nóng)村飲用水中的污染。在意識(shí)到染色工業(yè)對(duì)人類健康和水資源的影響后，兩人合伙成立了Colorifix。

Colorifix公司CSO Jim Ajioka（左）和首席執(zhí)行官Orr Yarkoni（右）

公司官網(wǎng)介紹，Colorifix通過從染料的產(chǎn)生到將其固定到織物中，用生物學(xué)代替化學(xué)，最大限度地減少行業(yè)的碳足跡。

自然界中有色彩豐富的有機(jī)體，如昆蟲、植物等，Colorifix會(huì)通過測(cè)序，確定產(chǎn)生顏色的確切基因，然后將基因?qū)胛⑸镏校纬晌⑿偷纳锕S，工程化后的微生物就可以產(chǎn)生相應(yīng)的顏色。

隨后，Colorifix會(huì)將工程化改造過的微生物寄送給客戶。與釀造啤酒的方式相同，微生物會(huì)在糖和植物等可再生原料上生產(chǎn)。它們每20分鐘分裂一次，在一兩天內(nèi)產(chǎn)生大量五顏六色的染液，然后將其直接放入標(biāo)準(zhǔn)染色機(jī)中，在37攝氏度下與織物按1：6的比例混合，無需專業(yè)設(shè)備或有毒化學(xué)品。

在染色的最后階段，Colorifix會(huì)通過經(jīng)過驗(yàn)證的滅活步驟消除所有活微生物，從而生產(chǎn)出無菌的非轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。該公司的技術(shù)有助于將大宗農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品（如糖蜜）轉(zhuǎn)化為顏料和染色精美的紡織品。

在傳統(tǒng)染色中，許多刺激性化學(xué)品、重金屬和鹽在固色階段被引入，以在顏色和纖維之間建立永久的結(jié)合。Colorifix的工程微生物則能夠?qū)⑺幸呀?jīng)存在的營(yíng)養(yǎng)鹽和金屬濃縮到促進(jìn)這種染料與零添加物質(zhì)相互作用的水平，其色牢度可與合成染料相媲美。

作為傳統(tǒng)染料的譽(yù)代品，Colorifix的技術(shù)將天然顏料大規(guī)模轉(zhuǎn)化為彩色工業(yè)染料，零石化產(chǎn)品，且不含傳統(tǒng)染色所需的任何有害物質(zhì)，預(yù)計(jì)水和能源可能分別節(jié)省50%和30%，目前價(jià)格介于合成和優(yōu)質(zhì)天然染色工藝之間，Yarkoni表示的目前的目標(biāo)是盡快降低成本。

有業(yè)內(nèi)人士表示，成本方面，或許需要遵從代謝工程“開源節(jié)流”的策略逐漸改造、優(yōu)化菌株的生產(chǎn)性能。

除了與Pangaia合作外，Colorifix的染色方法還被Tintex和Forster Rohner等時(shí)尚制造商采用，他們?yōu)镃hristian Dior和Balenciaga等品牌生產(chǎn)紡織品。

天然染料分植物染料和動(dòng)物染料，合成染料通常經(jīng)過石油化工等產(chǎn)品制成。在染色過程中，通常需要5次洗滌、連續(xù)5個(gè)小時(shí)以上的高溫才能著色，根據(jù)公開數(shù)據(jù)，僅英國(guó)每年的服裝量就需要超過200億升水來染色。Colorifix則稱只需要1次洗滌和3小時(shí)的高溫著色，這種方法使用的水比傳統(tǒng)染色方法少68%。

從經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)性的角度來看，合成染料生產(chǎn)中使用原油是一大痛點(diǎn)，其不僅是不可再生資源，還會(huì)污染環(huán)境。

源于細(xì)菌的染料則是100%的天然生物產(chǎn)品，除此之外，細(xì)菌染料還可以提供多種顏色。Vienna Textile Lab就是一家使用天然細(xì)菌生產(chǎn)紡織染料的公司，其創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Karin Fleck曾表示，細(xì)菌通常會(huì)提供一種特定的顏色，但有些細(xì)菌也會(huì)產(chǎn)生兩種顏色甚至混合顏色。

對(duì)于工程化改造的細(xì)菌是否能夠創(chuàng)造出自然界中不存在的染料？“能否創(chuàng)造出自然界中不存在的顏色要看怎么定義‘自然界中存在的顏色’，如果定義成‘自然界中特定色素類化合物所能呈現(xiàn)出的顏色’，那答案是肯定的?！?/p>

他補(bǔ)充道，“我所理解的實(shí)現(xiàn)策略有兩種，第一種是讓微生物同時(shí)產(chǎn)不同顏色的色素，如果最終的提取液中同時(shí)包含兩種及多種色素的話，那整體呈現(xiàn)出來的就是復(fù)合色，是可以被稱之為新的顏色;第二種策略，可能是通過調(diào)整特定色素的合成途徑，導(dǎo)致最終合成結(jié)構(gòu)經(jīng)過修飾的色素，這樣應(yīng)該也會(huì)有不同的呈色效果?！?/p>

除此之外，與其它天然染料的提取相比，細(xì)菌染料的生產(chǎn)不用取決于季節(jié)、天氣和地理，只需要將菌株儲(chǔ)存在實(shí)驗(yàn)室中，就可以隨時(shí)復(fù)制和繁殖。

至于利用工程化改造的微生物大規(guī)模生產(chǎn)染料所面臨的難點(diǎn)，該業(yè)內(nèi)人士表示，在染料產(chǎn)業(yè)化方面，首先需要關(guān)注微生物生產(chǎn)化合物的能力，生產(chǎn)能力會(huì)直接決定技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性。比如靛藍(lán)，現(xiàn)在最高的產(chǎn)量也只達(dá)到了1g/L的水平，成本高于化學(xué)合成的染料。

他還表示，該技術(shù)手段還可應(yīng)用于微生物生產(chǎn)色素，但美妝和食品行業(yè)對(duì)于色素有一定的要求，對(duì)于化合物的安全性方面的要求會(huì)相對(duì)較高。“應(yīng)用到美妝領(lǐng)域的色素，一些共性的問題包括性質(zhì)不穩(wěn)定、易褪色以及色素本身功能性和外觀體驗(yàn)的沖突等需要考慮?！?（綜合整理報(bào)道） （編輯/多洛米）