Wissenschaftler haben eine bahnbrechende Methode zur Herstellung farbiger Textilien direkt aus Bakterien entwickelt, wodurch herkömmliche, umweltschädliche Färbeprozesse überflüssig werden. Die in Trends in Biotechnology veröffentlichte Studie zeigt eine nachhaltige und effiziente Möglichkeit, in einem einzigen Schritt lebendige, regenbogenfarbene Stoffe herzustellen.
Das Problem der traditionellen Textilproduktion
Die konventionelle Textilherstellung ist in hohem Maße auf chemische Synthese- und Nachbehandlungsverfahren angewiesen, die energieintensiv, umweltschädlich und arbeitsintensiv sind. Diese Prozesse verursachen erhebliche Treibhausgasemissionen und setzen gefährliche Schwermetalle und Karzinogene in der Umwelt frei. Die Abhängigkeit der Industrie von fossilen Brennstoffen und umweltschädlichen Chemikalien hat die Suche nach nachhaltigeren Alternativen vorangetrieben.
Bakterielle Zellulose als Lösung
Forscher haben sich bakterieller Zellulose – einem natürlichen Polymer, das von Mikroorganismen hergestellt wird – als vielversprechenden Ersatz für herkömmliche Textilfasern zugewandt. Viele Bakterien wandeln Glukose in Zellulose um und erzeugen so ein baumwollähnliches Material mit einem geringeren ökologischen Fußabdruck. Bakterienzellulose ist jedoch von Natur aus weiß und erfordert einen separaten Färbeprozess.
Farbe in den Prozess integrieren
Um dieses Problem anzugehen, haben Wissenschaftler unter der Leitung von Sang Yup Lee am Korea Advanced Institute of Science and Technology Escherichia coli (E. coli)-Stämme so manipuliert, dass sie gleichzeitig Zellulose und natürliche Farbstoffe produzieren. Das Team manipulierte die Bakterien, um zwei Klassen von Farbstoffen zu erzeugen: Violaceine (erzeugen violette, blaue und grüne Farbtöne) und Carotinoide (erzeugen rote, orange und gelbe Farbtöne).
Die zweistufige Färbemethode
Der anfängliche Ansatz bestand darin, Komagataeibacter xylinus genetisch zu verändern, um die Zelluloseproduktion zu steigern, während gleichzeitig Violacein produzierende E. coli in das Reaktionsgefäß gegeben wurden. Dabei entstanden violett, blau und grün gefärbte Stoffe. Allerdings erwies sich die Erzielung wärmerer Töne als schwieriger, da die Bakterien nicht ausreichend Farbstoff produzierten.
Um dieses Problem zu lösen, führte das Team eine Co-Kultur-Methode ein. Vorgezüchtete und behandelte Zellulose wurde einer Kultur von Carotinoid produzierenden E. coli zugesetzt, was erfolgreich rot, orange und gelb gefärbte Stoffe ergab. Dieser zweistufige Ansatz vervollständigte die Regenbogenpalette des Teams.
Vorteile und Stabilität
Diese Methode macht separate Färbe- und Waschprozesse überflüssig und reduziert den chemischen Abfall und den Wasserverbrauch. Die gefärbte Bakterienzellulose zeigte eine hohe Stabilität gegenüber Säuren, Basen, Wärmebehandlungen und Waschen.
Zukünftige Richtungen
Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Haltbarkeit dieser Materialien gegenüber industriellen Reinigungsmitteln und mechanischem Verschleiß vollständig zu beurteilen. Das Team plant, das Farbspektrum über die derzeit sieben Farbtöne hinaus zu erweitern und den Prozess für die industrielle Produktion bei gleichbleibender Qualität zu erweitern. Eine Veränderung der bakteriellen Zelluloseproduktion könnte auch Türen für biologisch abbaubare Verpackungen und andere Anwendungen öffnen.
Dieser Durchbruch bietet einen vielversprechenden Weg zu einer nachhaltigeren Textilherstellung, der die Umweltbelastung reduziert und gleichzeitig die Produktqualität und Vielseitigkeit beibehält
