这是《肠道产业》第 178 篇文章
编者按：
昨天，我们发文介绍了环境污染物对肠道菌群的伤害（警惕：污染土壤、空气和水的物质也在杀伤你的肠道菌群！），呼吁大家重视环境保护。
事实上，时尚界的很多公司也正秉持着可持续发展理念，试图在为人类的居住环境做贡献的同时，带动时尚业的发展。基于此，越来越多的时尚公司开始寻找一些新颖的环境友好型材料制造衣物。
今天，我们将介绍一些新型时尚的生物材料，从细菌生产染料到海带基纺织布料再到人造蜘蛛丝，希望能给相关产业人士和各位读者带来一些启发。
我们都知道细菌在发酵过程中会伴随着副产物的生成，而有些副产物可能具有其它用途，比如放线菌素等色素分子。于是，有人把目光投向了细菌，试图用细菌大规模生产颜料，改变合成染色工业。因为合成染色工业过程是有毒的，其次产生了很大的碳足迹，对环境具有较大的影响。不得不说，细菌是天生的色彩家，它确实能创造出很多色彩，绘制出很多美丽的图画。
2019 美国举办的世界微生物平板艺术大赛冠军作品“莲” 年有“鱼” —— 阿尔瓦·哈迪德，美国密歇根州罗切斯特山奥克兰大学 MLS 本科学生从史前开始，人们就利用生物来给衣服染色。考古学家们从植物中提取靛蓝，并对此颜色的使用进行溯源，他们溯源到了秘鲁海岸一块有 6000 年历史的织物上。阿兹特克人（Aztec）和玛雅人（Maya）从仙人掌的昆虫身上提取出一种深红色染料；而在地中海的其它地方，人们从蜗牛身上提取出高贵的紫色。Scott Chimileski 说：“当我了解这些来自各种植物和动物的天然染料的故事时，发现很少有来自微生物世界的古代染料的例子。从地衣和蘑菇中提取染料，这已经有很长的历史了，但却不是从生物多样性最强的细菌中提取。”然而，这并不奇怪，因为人类几百年前才开始培养分离细菌。在这种情况下，历史的缺失似乎是一件好事。这意味着，从细菌培养的那一刻起，可能利用细菌给衣服染色的历史正在被创造出来。Natsai Audrey Chieza 是 Faber Futures 的创始人和董事，Faber Futures 是一家屡获殊荣的多学科设计机构，业务涉及到自然、技术和社会的交叉领域。总部位于伦敦，主要是为行业和机构提供创新的设计解决方案并提供研发过程和产品，公司的理念是可持续发展。当然，Natsai 更是一个拥有伟大理想的设计师，她的理想是减少时装工业的污染，同时创造出令人惊叹的时尚服饰。她在实验室里观察到一个现象：链霉菌可以产生一种引人注目的“紫色颜料”，而现在她正尝试用这种“颜料”开发一种个性张扬、不褪色的织物染料。与传统染料相比，这种染料的优势就是能够减少用水量和化学物质的流失，这样染料工业带给环境的毒性就会大幅减少。于是，出身于建筑设计和材料专业的 Natsai 开创了微生物色素染料在纺织品设计中应用的先河，并因其开发的无化学品、节水的生物制造系统获得了 2019 年 INDEX 奖。（编者注：INDEX 奖是一个叫 the index project 的非营利组织设立的，该奖项是世界最大的设计奖，常被称为“诺贝尔设计奖”。）在 2017 年的 TED 演讲中，Natsai 展示了新兴的生物技术是如何与工艺设计相融合的，以及是如何与资源稀缺、气候变化和可持续发展等当代问题相互交联的。Natsai Audrey Chieza 在 2017 年的 TED 演讲实际上，设计师 Natsai 所利用的链霉菌属是高等的放线菌，而这样的放线菌是微生物学家再熟悉不过的生物了。它们生活在土壤中，有着复杂的生命周期和强健的次级代谢，会产生大量的分子物质，包括许多抗生素和其它的活性物质。而其中产生一些物质早已被科学家鉴定，只不过科学家们并不清楚这些物质能用于纺织品的染色。Scott Chimileski 说：“我曾经研究过链霉菌，了解了它们所产生的颜料分子。然而，我并不知道它们是用来给纺织品染色的。所以，当 Natsai 邀请我担任银杏生物工程（Ginkgo Bioworks）的常驻设计师时，我立刻同意参加她的项目。为了详细地拍摄这个过程，我们使用了适合于培养皿大小的各种小块织物。”Natsai 将布片浸泡在浓稠的培养液中，之后置于琼脂培养基上。经过几天的培养，菌落在整个培养皿中形成，包括织物表面和织物与培养基之间的空间。随着菌落的生长，数以百万计的细胞产生了大量的颜料分子，以至于我们肉眼可见，并且可以用延时照相机拍摄到这种颜色。最终，这些菌落形成了毛茸茸的空中菌丝，这种织物就像扎染的 T 恤一样，有红色、粉色、紫色和蓝色。看着这些照片，Chimileski 很想知道这些美丽图案背后的生物学原理。正好，我们可以通过使用先进的质谱技术对织物进行化学测绘，来确定颜料分子的位置和时间。Chimileski 发现，颜料分子的位置取决于织物的质地和纹理。在培养基上或者离培养基最近的细菌可以直接接触水和营养物质，它们生长得很好。与此同时，在培养基上方的织物皱褶上形成的菌落较少。因为在那里，细菌只依赖于能扩散到织物中的物质和最初渗入织物的营养物质。链霉菌会产生粉红色到红色之间的挥发性物质分子（如灵菌红素）以及水溶性分子放线菌素。放线菌素输出到细胞环境外的颜色取决于 pH ，在典型的实验室培养条件下产生蓝色。因此，织物平坦部分的深洋红色可能是由灵菌红素产生的红色与放线菌素产生的蓝色相混合的；织物的蓝色部分是由于放线菌素较多，而产生灵菌红素的细菌不够多，所以最终呈现出蓝色；而织物红色部分则相反，是灵菌红素更多一些。当细菌进行代谢消耗营养物质时，这些菌落还可能改变它们周围环境的 pH值，在酸性更强的区域形成一个微环境嵌合体和不同色调的放线菌素。所以世界上没有两块一模一样的布料，就像葡萄经发酵后会产生不同微妙味道的葡萄酒一样，我们并不能完全了解最终产生的产品是怎样的，但这或许为细菌产生色素的过程中又增添了一分神秘。虽然这种细菌染色工艺新颖有趣，但你可能会怀疑，也会好奇：它是否真的有实际用途。毕竟，经过几千年从大自然中寻找染料后，在 19 世纪，合成染料工业出现了，满足了大众市场的需求。但是，我们之前已经提到过合成染料是有毒的，它们会破坏和污染环境。如果你想要了解染料对地球的污染有多严重，只需要看看中国和孟加拉国的部分河流就知道了。由于染料处理不当，这些河流遭受污染，污染的水甚至可以继续染出下一季新服装的颜色。Chieza 解释道：“种植、生产和运输一件棉质 T 恤大约需要 700 加仑的水，其中 20%甚至更多的水用于染色工序。”由于对环境的污染，所以近年来人们将目标又重新投向了天然染料。可是如果像古代人类一样，选择使用产色素植物就需要大面积土地资源和水资源；而大规模地采集动物的色素是低效的，并且会破坏当地生态系统的平衡。相反，如果使用细菌染色，那么你会发现像链霉菌那样的菌本身是无害的，并且很容易生长；其次，如果可以通过基因工程改造链霉菌，使它能够大规模生产色素分子，那么这样的染色工艺产生的碳足迹则较小，对环境影响也更小。
Chieza 正在研究的这项利用细菌染色的技术极大地减少了水的使用量，只需不到 7 盎司（约 0.21 升）的水就可以为 1 磅（约 0.45 千克）重的丝绸染色，而且色素本身是由细菌生产的，没有毒性。然而，在 Chieza 通过培养皿培养取得成果大量运用之前还有很多障碍需要克服，但是可持续的时尚机会是如此之大，这令她相信不久的将来会有通过细菌染色的衣服上市。她指出：“在这个有毒的纺织工业中，同时处理染色用水和化学用品的干预措施少得令人难以置信。”Stella McCartney 公司董事长 Stella Nina McCartney 穿着细菌染色的衣服，站在了“时尚力量”（ Forces of Fashion）大会的舞台上，她说：“科技是非常性感的，对我来说，这比穿着劈叉裙更好！”。
这位英国设计师在演讲中谈到了“道德和可持续时尚”问题，她将善待地球和旧时尚工业极其浪费、有毒和严重污染的生产方式联系起来，显然，她很赞成将细菌颜料开发的这项新技术引入到时尚工业中。McCartney 说：“对青年人来说，接受这样一件衣服是很简单的事。所以，如果你恰好很幸运地拥有这样一家时尚制造的企业，我认为你应该顺应时尚潮流，引进这项新技术。”McCartney 不断在硅谷中寻找创意，通过这些创意可以帮助其公司迅速跻身设计和环境保护的前沿。当然，除了细菌以外，还有一些其它值得期待的生物制品。海带的生长速度几乎比地球上任何生物都要快，包括竹子。那么为什么我们不去开发它，反而开发那种如橡树一样生长缓慢，且开发困难的资源呢？如果 AlgiKnit 公司能够如愿以偿，那么可能不久之后，我们就可以购买海带基纺织品了。AlgiKnit 公司总部位于美国纽约市，是一家将科学和设计融入纺织品生产的生物材料公司。公司的目标是进行可循环生产，利用那些比传统材料具有更低的环境碳足迹材料，为鞋类和服装行业带来可持续的生物纺织品替代品。2016 年该公司的研究小组参加了首届生物设计挑战赛，并获得了冠军，开发了一种从海带中提取生物聚合物制成的纱线。与羊毛或棉花一样，这种材料十分耐用，但它的亮点是可降解，研究小组希望有朝一日，他们的海带纤维能够取代石油合成纤维。AlgiKnit 团队成员 Aleksandra Goseiwski 在电话采访中表示：“我希望消费者能对现有的材料持更为开放的态度，这样或许就会收获不一样的美丽。”目前，AlgiKnit 公司已经生产出一种特殊材质的服装，并开发出了具有商业可行性的产品。现在，他们对海带基织物材料抱有很大的期待，他们表示这些材料对环境会做出巨大贡献，并实现市商业的可持续发展。Goseiwski 说：“我们希望能在全球范围内减少纺织和水的浪费，消除温室气体。” 以下视频是 Goseiwski 对 AlgiKnit 团队海带基纺织品介绍。蜘蛛丝是一种拥有令人难以置信的持久弹性的丝，比刚丝还强，是天生的环保材料。但事实上，如果蜘蛛们被关在一个狭窄逼仄的空间里，它们会吃掉彼此，这就意味着蜘蛛不能像蚕那样被饲养。因此，蜘蛛丝纺织品在历史上是非常罕见的，不过即便如此，还是有一块著名的蜘蛛丝布料，该布料是 70 个人花了 4 年时间才制成的。纽约市的美国自然历史博物馆展出的由一百万只蜘蛛用金丝织成的稀有布料。到 2018 年为止，它是世界最大的一块由天然蜘蛛丝制成的布料。一些初创公司一直在试图解决蜘蛛难饲养的问题，制造人造蜘蛛丝。2018 年 3 月，美国 Bolt Threads 公司发布了世界上第一款商用蜘蛛丝产品。2018 年秋，这家初创公司与 Stella McCartney 公司合作，制作了几件合成蜘蛛丝，其中一件在纽约现代艺术馆以“是时尚现代人吗？”为主题举办的展会上展出。这种面料拥有显而易见的可持续性和无公害性，比传统丝绸更耐染，因此该材料具有巨大的市场潜力的。McCartney 说道：“我们认为科技是第一生产力，与时尚产业相比，我们关注的焦点可能是旧金山正在兴起的科技。”从利用细菌进行染色到利用海带制作织品，再到人造蜘蛛丝，一大批新发现新技术不断向我们奔来。无法想象，未来我们所穿的衣服到底是由什么样的生物或物质所制造的。或许，有一天，你所穿的蓝色牛仔裤、红色的围巾等一切都可能是由生物工程微生物染色的；又或许，这一设想还不够酷，还算不上大胆。无论如何，随着科学的不断进步，随着学科间的交叉融合，相信未来一定会有更多令我们大开眼见的技术出现，不断造福人类，造福地球。（滑动下方文字查看）
1.https://fashionista.com/2017/10/fashion-design-technology-sustainable-textiles-20172.https://asm.org/Articles/2017/November/bacterial-dyes-in-fashion3.https://www.wired.com/2009/09/spider-silk/4.https://www.natsaiaudrey.co.uk/5.http://www.designindaba.com/videos/conference-talks/maker-algiknit-talks-seaweed-fashion-and-next-stage-biotech6.https://www.algiknit.com/