Wissenschaftler stellen aus Bakterien gezüchtetes, plastikfreies, veganes Leder her, das sich selbst färbt

Forscher am Imperial College London haben gentechnisch veränderte Bakterien entwickelt, um tier- und plastikfreies Leder zu züchten, das sich selbst färbt.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler und Unternehmen damit begonnen, Mikroben zu nutzen, um nachhaltige Textilien anzubauen oder Farbstoffe für die Industrie herzustellen – aber dies ist das erste Mal, dass Bakterien so manipuliert wurden, dass sie gleichzeitig ein Material und ein eigenes Pigment produzieren.

Das synthetische chemische Färben ist eines der umweltschädlichsten Verfahren in der Modebranche, und schwarze Farbstoffe – insbesondere solche, die zum Färben von Leder verwendet werden – sind besonders schädlich. Die Forscher von Imperial machten sich daran, die Biologie zu nutzen, um dieses Problem zu lösen.

Um das Problem anzugehen, sagen die Forscher, dass ihr selbstfärbendes veganes, plastikfreies Leder, das zu Prototypen von Schuhen und Geldbörsen verarbeitet wurde, einen Schritt vorwärts auf der Suche nach nachhaltigerer Mode darstellt.

Ihr neuer Prozess, der war veröffentlicht im Tagebuch Naturbiotechnologiekönnte theoretisch auch so angepasst werden, dass Bakterien Materialien mit verschiedenen leuchtenden Farben und Mustern züchten und nachhaltigere Alternativen zu anderen Textilien wie Baumwolle und Kaschmir schaffen.

Der Hauptautor Professor Tom Ellis vom Department of Bioengineering des Imperial College London sagte: „Die Erfindung eines neuen, schnelleren Weges zur Herstellung nachhaltiger, selbstgefärbter Lederalternativen ist eine große Errungenschaft für die synthetische Biologie und nachhaltige Mode.“

„Bakterienzellulose ist von Natur aus vegan und ihr Wachstum erfordert einen winzigen Bruchteil der Kohlenstoffemissionen, des Wassers, des Landverbrauchs und der Zeit, die bei der Rinderzucht für Leder anfallen.“

„Im Gegensatz zu Lederalternativen auf Kunststoffbasis kann Bakterienzellulose auch ohne Petrochemikalien hergestellt werden und wird in der Umwelt sicher und ungiftig biologisch abgebaut.“

Designer-Zusammenarbeit

Die Forscher schufen die selbstfärbende Lederalternative, indem sie die Gene einer Bakterienart veränderten, die Schichten aus mikrobieller Zellulose produziert – ein starkes, flexibles und formbares Material, das bereits häufig in Lebensmitteln, Kosmetika und Textilien verwendet wird. Die genetischen Veränderungen „wiesen“ dieselben Mikroben, die das Material anbauten, an, auch das dunkelschwarze Pigment Eumelanin zu produzieren.

Sie arbeiteten mit Designern zusammen, um den oberen Teil eines Schuhs (ohne Sohle) zu züchten, indem sie eine Schicht bakterieller Zellulose in einem maßgeschneiderten, schuhförmigen Gefäß wachsen ließen. Nach 14 Tagen Wachstum, in denen die Zellulose die richtige Form annahm, schüttelten sie den Schuh zwei Tage lang leicht bei 30 °C, um die Produktion von schwarzem Pigment durch die Bakterien zu aktivieren, sodass das Material von innen gefärbt wurde.

Sie stellten auch eine schwarze Brieftasche her, indem sie zwei separate Zelluloseblätter züchteten, sie auf die richtige Größe zuschnitten und zusammennähten.

Zusätzlich zu den Prototypen zeigten die Forscher, dass die Bakterien mithilfe von Genen anderer Mikroben so manipuliert werden können, dass sie als Reaktion auf blaues Licht Farben erzeugen. Indem sie mit blauem Licht ein Muster oder Logo auf die Blätter projizieren, reagieren die Bakterien mit der Produktion farbiger Proteine, die dann leuchten.

Dies ermöglicht es den Forschern, Muster und Logos auf die Bakterienkulturen zu projizieren, während das Material wächst, was dazu führt, dass sich Muster und Logos aus dem Material heraus bilden.

Co-Autor Dr. Kenneth Walker, der die Arbeit am Department of Bioengineering des Imperial College London leitete und jetzt in der Industrie arbeitet, sagte: „Unsere Technik funktioniert in ausreichend großen Maßstäben, um reale Produkte herzustellen, wie unsere Prototypen zeigen.“ Von hier aus Dabei können wir sowohl Ästhetik als auch alternative Formen, Muster, Textilien und Farben berücksichtigen.

„Die Arbeit zeigt auch, welche Auswirkungen die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern und Designern haben kann. Als aktuelle und zukünftige Nutzer neuer bakteriengezüchteter Textilien spielen Designer eine Schlüsselrolle bei der Förderung aufregender neuer Materialien und der Bereitstellung von Expertenfeedback zur Verbesserung von Form, Funktion und …“ die Umstellung auf nachhaltige Mode.“

Grünere Kleidung

Das Forschungsteam experimentiert nun mit verschiedenen Farbpigmenten, um solche zu nutzen, die auch von den materialwachsenden Mikroben produziert werden können.

Professor Ellis sagte: „Mikroben gehen bereits viele der Probleme von tierischem und kunststoffbasiertem Leder direkt an, und wir planen, sie auf die Ausweitung auf neue Farben, Materialien und vielleicht auch Muster vorzubereiten.“

„Wir freuen uns darauf, mit der Modebranche zusammenzuarbeiten, um die Kleidung, die wir tragen, in der gesamten Produktionslinie umweltfreundlicher zu machen.“

Die Autoren arbeiteten eng mit Modern Synthesis zusammen, einem in London ansässigen Biodesign- und Materialunternehmen, das sich auf innovative mikrobielle Zelluloseprodukte spezialisiert hat.