Люди использовали другие организмы для окрашивания одежды с доисторических времен.
Археологи обнаружили индиго, полученный из растений, на куске ткани возрастом 6 000 лет, найденном на побережье Перу. Ацтеки и майя извлекали краситель багрового оттенка из насекомых на кактусах, а народы Средиземноморья делали королевский пурпур из улиток. Найдя эти истории о натуральных красителях из разных видов растений и животных, я обнаружил намного меньше примеров древних красителей из существ микробного мира (Автор - Скотт Чимилески - микробиолог, педагог, куратор научных выставок и научный фотограф). Существуют многочисленные свидетельства получения красителей из лишайников и грибов, но не из самой биоразнообразной области жизни - бактерий. Это не слишком удивительно, поскольку мы начали культивировать отдельные виды бактерий всего несколько сотен лет назад. И отсутствие опыта в данном случае - это хорошо: это означает, что история использования бактерий для окрашивания одежды создается прямо сейчас.
Сегодня дизайнеры-новаторы, такие как Натсай Одри Кьеза, используют актинобактерии для естественного окрашивания текстиля. Актинобактерии, такие как виды Streptomyces, знакомы микробиологам как организмы, живущие в почве со сложным жизненным циклом и мощным вторичным метаболизмом. Множество молекул, производимых актинобактериями, включает в себя антибиотики и другие биологически активные соединения, некоторые из которых являются пигментами. Я довольно много работал со Streptomyces и знал о пигментах, которые они производят. Однако я не знал, что их используют для окрашивания ткани. Поэтому, когда Натсай пригласила меня сотрудничать и фотографировать ее проект в качестве дизайнера в Ginkgo Bioworks, я сразу же согласился.
Чтобы сфотографировать процесс в деталях, мы использовали небольшие отрезки различных тканей, подходящие по размеру для чашек Петри. Натсай смочила кусочки ткани в разбавленной жидкой культуре Streptomyces coelicolor и поместила их на поверхность агаровой среды. Через несколько дней инкубации колонии образовались по всей чашке, как поверх ткани, так и в пространстве между тканью и средой. По мере роста колоний миллионы клеток вырабатывали так много пигмента, что цвет стал виден невооруженным глазом и с помощью моей таймлапс-камеры. В конце концов, колонии развили пушистый воздушный мицелий, и в итоге ткань пиобрела оттенки красного, розового, фиолетового и синего.
Маленький кусочек ткани, помещающийся в чашку Петри и окрашенный S. coelicolor.
Глядя на фотографии, я задаюсь вопросом о биологии, стоящей за красивыми узорами. Конечно, мы могли бы получить точные ответы, составив химическую карту тканей с помощью современной масс-спектрометрии, чтобы увидеть, какие молекулы пигмента и где находятся. Вместо этих экспериментов я могу строить догадки. Первый ключ к узорам заключается в том, что колонии растут с разной скоростью по всей чашке, а в некоторых местах они вообще не образуются. Это связано с текстурой и расположением ткани. Бактерии, расположенные на ткани и ближе всего к среде, имеют прямой доступ к воде и питательным веществам и растут лучше всего. В то же время на складках ткани, приподнятых над средой, развивается меньше колоний, потому что там бактерии зависят только от того, что может диффундировать вверх в ткань, и от того, какими питательными веществами ткань была пропитана изначально.
Следующий ключ - это сами пигменты. Streptomyces coelicolor производит розовые или красные молекулы продигинина (например, продигиозин) и водорастворимые молекулы актиноргодина. Актиноргодин экспортируется во внеклеточную среду, и его цвет зависит от pH; в стандартных лабораторных культурах он синий. Поэтому глубокий пурпурный цвет плоских участков ткани, вероятно, является комбинацией красных продигининов, которые остаются в колониях, и синего актиноргодина, который находится в колониях и диффундирует наружу. А синий цвет наблюдается в областях, где недостаточно клеток для образования красного цвета от внутриклеточных продигининов, но при этом достаточно близко к большим колониям, чтобы актиноргодин диффундировал наружу.
Возможно, колонии также изменяют рН окружающей среды по мере метаболизма питательных веществ, создавая мозаику микросреды и различные оттенки актинорходина в более кислых областях. Никакие два кусочка ткани не будут одинаковыми. Подобно тонким ароматам вина, полученного в результате микробной ферментации винограда, мы не до конца понимаем, как именно возникает конечный продукт, и в этой тайне есть своя прелесть.
Хотя этот бактериальный процесс окрашивания является новым и интригующим, имеет ли он какое-либо практическое назначение? После тысячелетий получения красителей из природы, в 19 веке возникла индустрия синтетических красителей, чтобы удовлетворить потребности массового рынка. Но синтетические красители могут быть токсичными и загрязняют окружающую среду. Поэтому натуральные красители возвращаются. Однако растения, производящие пигменты, подобные тем, которые использовали древние народы, требуют много земли и воды, а масштабная добыча животных неэффективна и наносит ущерб местной экосистеме.
Streptomyces coelicolor, с другой стороны, безвреден и легко культивируется. Можно даже представить, что он может быть генетически настроен на максимальное производство пигмента и масштабирован с незначительным воздействием на окружающую среду. Когда-нибудь все - от голубых джинсов до красных шарфов - будет окрашиваться биоинженерными микробами.
