Cikkünkben egy olyan merész projektről lesz szó, amely a szintetikus biológia segítségével változtatná meg a textilgyártás ökológiailag legszennyezőbb részét, a festést: pigmentmolekulákat termelő baktériumot növeszt közvetlenül a selyemre. Natsai Audrey Chieza kutatásairól a TED Institute és a Boston Consulting Group közös rendezvényén beszélt.
Natsai Audrey Chieza Zimbabwében született kutató, tervező, akinek munkássága átível a technológia, a biológia, a design és a kulturális tanulmányok közötti határokon. Célja a divatipar környezetszennyezésének mérséklése, melyhez a szintetikus biológia eszköztárát alkalmazva a természetet hívja segítségül. Egy londoni székhelyű biodesign laboratórium, kutatási ügynökség, a Faber Futures alapítója és igazgatója, ahol a természetben előforduló élő rendszerek tanulmányozása és tudatos alakítása révén hoznak létre holisztikus modelleket a biológia és a technológia integrálásával, hogy megalkossák a jövő anyagait.
Megújuló energiák és biológiai anyagrendszerek
Miért van erre szükség? A textilgyártás döntően fosszilis tüzelőanyagokra támaszkodik, és az előállítás során használt vegyi anyagok nagy része is kőolajalapú. Ez pedig – tudjuk, látjuk – fenntarthatatlan. Mind a rendelkezésre álló erőforrások véges mennyisége, mind az ezekre támaszkodó tevekénységek jelentős és káros klímamódosító hatása miatt a változás, a változtatás elengedhetetlen. A megújuló erőforrások használatával és terjedésével párhuzamosan új, nem kőolaj-alapú anyagrendszerekre van szükség a textiliparban, melyek a gyártás vízfelhasználásának és a keletkező szennyvíz mennyiségének szempontjából is hatékonyabbak a jelenlegi ipari festési módszereknél. Chieza a jelenlegi fosszilis alapokra építkező, fenntarthatatlan iparág jövőjét a biológiai anyagrendszerekre való áttérésben látja. A megoldást pedig szerinte a szintetikus biológia révén fogjuk megtalálni, ami élő rendszerek működésének testreszabási, adaptálási lehetőségeit, módszereit vizsgálja. Azaz a természetben adott formájukban nem létező biológiai rendszerek (gének, modulok, genetikai hálózatok, akár egész sejtek, szervezetek) racionális tervezésével és létrehozásával foglalkozik.
Selyemfestés baktériummal
Chieza egy pigmentmolekulákat termelő baktérium segítségével olyan színtartó textilszínezék kifejlesztésén és ipari méretű alkalmazhatóságán dolgozik, ami nem csak kiváltja a kőolaj alapú vegyi anyagok használatát, de segítségével jelentősen csökken a festési eljárás vízfelhasználása és a keletkező szennyíz mennyisége is. Projektjének kulcsszereplője a Streptomyces coelicolor, ami egy talajban élő és a szerves anyagok bomlását segítő baktériumtörzs. E baktérium egy olyan actinorhodin nevű antibiotikumot termel, ami a környezet savasságától függően a kék, a rózsaszín és a bíborvörös között változtatja a színét. John Ward professzorral és a University College London Szintetikus Biológiai Laboratóriumával együttműködve felfedezték, hogy az S. coelicolor és a fehérje rostok közötti egyedülálló kölcsönhatásoknak köszönhetően ezzel a természetesen kiválasztott pigmenttel színezhetők a fehérje alapú textilek, például a hernyóselyem – méghozzá vegyi anyagok használata nélkül. A közvetlen erjesztésen alapuló módszer során a kutatók mintegy „együttműködve” a baktériummal a S. coelicolort közvetlenül a selyemre juttatják, ahol beavatkozva a baktérium pigmenttermelő folyamatába, majd segítve a szövethez való kapcsolódását igen látványos, természetes és tartós eredményt tudnak elérni. Megfelelő számú sejt hozzáadásával biztosítható, hogy a pigmenttermelés egy teljes ruhadarabhoz elegendő színezőanyagot hozzon létre. A módszer nagy előnye, hogy egy póló megfestéséhez szükséges baktérium 2dl vízben megél, így nagyon kevés szennyvíz keletkezik. A baktérium tenyésztéséhez, egyenletes pigmenttermeléséhez szükséges feltételeket biztosítva pedig a S. coelicolor tevékenységének esztétikai irányítása is lehetővé válik: az anyag csavarásával, összehajtásával, kötözésével, permetezésével, merítésével stb., illetve ezek rendszerben való alkalmazásával organikus mintázat hozható létre, akár nyomott minta is.
Jövő az ipari színnövesztés
A kézműves léptékről ipari méretű termelésre való áttéréshez szükség van egy biológiai léptékváltásra, illetve az eszközök és a folyamatok léptékváltására egyaránt – mondja Chieza, aki a biológiai léptékváltás fontos eszközeként beszélt a bioreaktorról. Ez egy olyan készülék, ami a mikrooraganizmusok, sejtek optimális élettani környezetét megteremtve serkenti azok növekedését és megfelelő differenciációját. A reaktor automatizált hardver- és szoftverállománnyal összekötve valós idejű tájékoztatást képes adni ezekről a növekedési adatokról. A rendszer segítségével tehát modellezhetők a S. coelicolor növekedési jellemzői is annak érdekében, hogy lássák, hogy erjed 2dl helyett 50.000l vízben. Egy bostoni biotechnológiai startup cégnél, a Ginkgo Bioworksnél azt kutatta, hogy fokozható-e a S. coelicolor pigmenttermelése, hogy alkalmasak-e a szintetikus biológia eszközei ipari textilnyomásra, textilfestésre. Az élő baktériumok életképes anyagként való kifejlesztése egy igen összetett, többlépcsős folyamat: a laboratóriumban szükséges egyedi eszközök átalakításától és tervezésétől, a digitális gyártás alkalmazásán át egészen a baktériumok tápanyagáramának megváltoztatásáig. Meg kell tervezni, létre kell hozni a biológiai munkához szükséges teljes infrastruktúrát. A S. coelicolorral való festéshez sem létezett megfelelő eszköz, ezért például Chieza tervezett egy olyan Petri-csészét, amiben a baktérium egyedi nyomatával egy teljes ruhát el lehet készíteni. Segítségével számos kimonót gyártottak azóta. A projekt jó úton jár a teljesen testreszabható festési folyamat elérése felé, és mérföldkő az új erőforrás-hatékony biológiai gyártási módszer kialakításában.
De a természetben több olyan inspiráló módszer létezik, amik az új biológiai alapú iparágak kapacitásépítéshez használhatók. A technológia, amellyel e kapacitások tervezhetők, megépíthetők, tesztelhetők és méretezhetők, már rendelkezésre áll. Segítségével nem csak lehetőség nyílik akár olyan baktérium tervezésére, ami fémet hasznosít újra vagy gombából növeszt bútort vagy algából termel megújuló energiát, hanem a textilipar számára is létrehozhatók biológiai anyagrendszerek. A fent bemutatott projekt mellett a MycoWorks startup cég az állatbőr egy sokoldalú, gombából készült anyaggal való kiváltásán dolgozik, a Bolt Threads pedig egy élesztőt tervezett pókselyem-fehérje előállítására. A biotechnológia élő, digitális, tervezett és tanulható. Ez az anyagok jövője. A fenntartható fejlődés érdekében azonban Chieza szerint döntő fontosságú, hogy ezek az új technológiák, új anyagrendszerek tisztességes és méltányos módon kerüljenek elterjesztésre az egész világon, valamint megfelelő szabályozási és etikai keretek meghatározására is szükséges van.
Halák Emese
https://www.natsaiaudrey.co.uk/
Fotók:
TED.com
