Textilka budoucnosti: Továrna v jediné kapce, kde látky vyrábějí a barví samy bakterie

Představte si, že už látka nevzniká v továrně. Nevyrábí se z bavlny, kterou musíš pěstovat, zalévat, sklízet a náročně čistit. Ani se nemusí barvit v obřích nádržích s chemikáliemi. Místo toho se vloží do jedné nádoby pár bakterií, ty začnou „tkát“ jemný materiál, a jiné upravené bakterie současně vytvářejí přírodní barvy. Po několika dnech se z bioreaktoru vyjme už hotový barevný materiál – bez chemie, bez toxických barviv, bez zatížení životního prostředí. A přesně to dnes vědci umějí.

Moderní biotechnologie dnes umožňují věci, které ještě před pár lety působily jako sci-fi. Jednou z nejpůsobivějších ukázek je výzkum, který propojuje geneticky upravené bakterie Escherichia coli s výrobou a barvením textilu. Na první pohled to může znít podivně – většina lidí si E. coli spojuje zejména s infekcemi. Ve skutečnosti však existují stovky jejích neškodných kmenů, které se již desítky let využívají jako „biologické továrny“ pro produkci léčiv, enzymů nebo biochemikálií. Nové studie nyní ukazují, že tyto mikroorganismy mohou převzít i roli barvířů a dokonce výrobců samotných tkanin.

To zásadně mění situaci v textilním průmyslu, který je po ropném průmyslu druhým největším znečišťovatelem planety. Dnešní výroba textilií generuje obrovské množství odpadu, používá toxická barviva, nebezpečné chemikálie a spotřebovává vysoké objemy vody. Biotechnologické postupy založené na E. coli přinášejí možnost vyrábět barevné materiály bez chemie, bez vysokoenergetických procesů a bez ekologické zátěže. Místo ropných derivátů a syntetických barviv pracují s mikroorganismy, DNA a přirozenými biologickými mechanismy.

Výzkumy publikované v renomovaných vědeckých časopisech ukazují, že bakterie lze upravit tak, aby vytvářely strukturální barvy – tedy barvy vznikající fyzikálními vlastnostmi materiálu, nikoliv pigmenty. Výsledkem jsou tkaniny, které se doslova „vypěstují“ a jejichž barva se nepere, netoxikuje vodní ekosystémy a nevybledne. Technologicky jde o spojení syntetické biologie, materiálového inženýrství a molekulárních procesů. Prakticky jde o budoucnost módy, která může být cirkulární, šetrná a založená na živých systémech.

Základem je, že jedna skupina bakterií (Komagataeibacter) vyrábí velmi čistou, pevnou a jemnou přírodní celulózu. Ta materiálně připomíná papír, kůži nebo tenkou textilii. Druhá skupina – geneticky upravené E. coli – mezitím vytváří přírodní pigmenty, které se do této celulózy vpíjejí přímo během jejího růstu. Vzniká tak materiál, který je od začátku jednolitě obarvený, místo aby byl barven dodatečně.

Tento systém se nazývá one-pot výroba – protože všechno se děje v jediné nádobě. Je to podobné, jako když upečeš bábovku se všemi ingrediencemi najednou, místo aby ses snažil barvit ji až po upečení.

Celý proces je tak ekologicky mnohem šetrnější než tradiční výroba textilií, která spotřebovává obrovské množství vody, energie a chemických barviv. Mikroorganismy pracují při nízkých teplotách, nepotřebují toxické látky a nevytvářejí téměř žádný škodlivý odpad. To je jeden z důvodů, proč módní průmysl i vědci o technologii mluví jako o budoucnosti udržitelných materiálů.

Velkou výhodou bakteriální celulózy je i její struktura. Je tvořena extrémně jemnými přírodními nanovlákny, a právě díky tomu barviva produkovaná E. coli dokonale pronikají celým materiálem. Barva je tak pevně vrostlá do struktury látky, nikoli jen natištěná na povrchu. V praxi to znamená, že textilie lépe odolávají praní, UV záření či mechanickému opotřebení. Některé pigmenty – například violacein ve fialových odstínech – vydržely dokonce více než syntetická barviva v běžných testech praní.

Barvy vznikají přímo metabolismem bakterií. Studené odstíny, jako modrá, zelená či fialová, se daří vyrábět přímo během společného růstu obou typů bakterií. Teplé odstíny, jako žlutá či oranžová, vznikají dvou-krokovým procesem: nejprve se vypěstuje celulóza, poté se vystaví působení pigmentů od E. coli. Díky tomu dokáží vědci pokrýt celou barevnou škálu bez použití syntetických barviv.

Výzkum ukazuje, že tento systém lze zvětšit z laboratorního měřítka do větších bioreaktorů, což je klíčové pro výrobu ve velkém. Fermentační nádrže se v potravinářství široce používají — a právě ty mohou jednou vyrábět „živé textilie“, které vznikají úplně jinak, než jsme byli zvyklí. Průmyslové využití ale bude vyžadovat další optimalizaci produkce pigmentů, genetických úprav bakterií i celkovou ekonomickou analýzu, aby byla technologie cenově konkurenceschopná.

Na druhé straně stojí bezpečnost. I když se používají laboratorní, neškodné kmeny E. coli, každá technologie založená na mikroorganismech musí projít přísnými testy, zejména pokud má přijít do kontaktu s lidskou pokožkou. V konečném produktu však bakterie obvykle nežijí – materiál je sterilizovaný a zůstávají v něm pouze pigmenty, nikoli živé organismy. Přesto bude nutná regulace, která posoudí toxicitu pigmentů, biodegradaci materiálu i jeho zdravotní nezávadnost.

Nesporně fascinující je i funkční potenciál těchto textilií. Pigmenty mohou plnit různé role – od ochrany před UV zářením až po antimikrobiální účinky. Materiály lze dokonce navrhovat tak, aby měnily barvu podle teploty, pH nebo světla, či aby sloužily jako senzory nebo obvazy s biologickými funkcemi. Tím se otevírají zcela nové oblasti využití: od módy přes zdravotnictví až po chytré obaly či interiérové materiály.

Dnes se zdá neuvěřitelné, že by výroba textilu mohla jednou probíhat mimo továrny, bez strojů, bez šicích dílen a bez chemie. Ale stejnou nedůvěru kdysi vzbuzovaly i počítače v kapse nebo auta bez řidiče. Není proto nemožné představit si budoucnost, v níž se s módou bude zacházet spíše jako s živým organismem než s průmyslovým produktem. Jehla a nit, symboly tradičního šití, by mohly být nahrazeny mikrobiálním „tkáním“.

Možná tak jednou večer odložíme starou košili do misky, přidáme kapku „textilních bakterií“ a necháme je přes noc pracovat. Do rána vypěstují nový, čerstvý, barevný a dokonale padnoucí kus oblečení – přesně podle naší postavy, preferencí nebo třeba i nálady. Móda by tak nebyla vyráběna, ale pěstována. Naše šatníky by se staly malými bioreaktory a oblečení by bylo výsledkem symbiózy mezi člověkem a mikrobiálním světem.