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微生物还能生产染料?细菌着色染料助力可持续发展
时间:2021-12-20 10:12:41    来源:思铺学院  

《中国染织史》记载,北京周口店的山顶洞人早在 1.5 万年以前就开始用红色氧化铁矿物颜料,用骨针制作衣物。

史前时代以来,人类开始用其它生物染衣服。考古学家将源自植物的靛蓝追溯到秘鲁海岸发现的一块有 600 年历史的织物;阿兹特克人和玛雅人从仙人掌上的昆虫中提取深红色染料;地中海的其他人则用蜗牛制成皇家紫色......

1856 年,英国化学家 W.H.Perkin 在制取奎宁的试验中意外地发现一种紫色染料 —— 苯胺紫, 合成染料自此拉开序幕。

到目前为止,工业上已经使用了 10000 多种不同的染料和颜色,全世界每年生产超过 7 x 105 吨的合成染料。然而,在纺织工业中,由于染色过程效率低下,每年有多达 200,000 吨染料在染色操作过程中流失到废水中。

现在, 可持续性是政府和消费者尤为关注的问题,生物合成被给予极高的期望。

近期,在英国生物科技公司 Colorifix 的技术支持下,服装品牌 Pangaia 发布了一款新的运动服,起价为 170 美元,其 着色染料来源于细菌。据悉,这是该公司使用微生物染料后,商业化的第一款产品,使用了两种可产生染料的微生物,一种微生物自然存在于五颜六色的间歇泉内部和周围,而另一种微生物则定居在丝绸生产废料中。

自然界中有色彩丰富的有机体,如昆虫、植物等,Colorifix 通过测序,确定产生颜色的确切基因,然后将基因导入微生物中,形成微型的生物工厂,工程化后的微生物就可以产生相应的颜色。

与酿造啤酒的方式相同,微生物会在糖和植物等可再生原料上生产。它们每 20 分钟分裂一次,在一两天内产生大量五颜六色的染液,然后将其直接放入标准染色机中,在 37℃下与织物按 1:6 的比例混合,无需专业设备或有毒化学品。

在染色的最后阶段,Colorifix 通过经过验证的灭活步骤消除所有活微生物,从而生产出 无菌的非转基因产品。该公司的技术有助于将大宗农业副产品 (如糖蜜) 转化为颜料和染色精美的纺织品。

在传统染色中,许多刺激性化学品、重金属和盐在固色阶段被引入,以在颜色和纤维之间建立永久的结合。Colorifix 的工程微生物则能够将水中已经存在的营养盐和金属浓缩到促进这种染料与零添加物质相互作用的水平,其色牢度可与合成染料相媲美。

作为传统染料的替代品,Colorifix 的技术将天然颜料大规模转化为彩色工业染料,零石化产品,且 不含传统染色所需的任何有害物质,预计水和能源可能分别节省 50% 和 30%。

可持续发展,是人类摆脱贫穷、人口、资源和环境困境的正确选择, 合成生物学为可持续发展提供了新的动力。

合成生物学是21世纪生物学领域新兴的一个分支学科,是分子和细胞生物学、进化系统学、生物化学、信息学、数学、计算机和工程学等多学科交叉的产物。未来的创新在于基因,不少国家已经开始着手合成生物学领域的攻城略地,竞争趋势初见端倪。

据不完全统计,除了民间资本以外,美国政府出资资助的合成生物学研究项目2008年、2009年两年来已近40项;欧盟2007年启动了《合成生物学新出现的科学技术》引导项目共18项。2011年我国也启动了“973”合成生物学的研究项目。

而以合成生物学为主题的 iGEM竞赛,采用“自下而上”正向工程学策略,通过元件标准化,模块化,适配底盘,按照电子工程学原理和方式设计、模拟,构建简单的、可被调控的基因线路模块,致力于解决世界难题,比如粮食危机、环境治理、能源危机等。

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