Na pierwszy rzut oka ubrania Suzanne Lee nie różnią się od tego, co można zobaczyć na pokazach nowoczesnej mody. Awangardowy żakiet z falbankami na ramionach, sztywna suknia uszyta z jednego kawałka materiału. Jednak po bliższych oględzinach w głowie pojawia się pytanie – z czego u licha ona je uszyła? Nie jest to cieniutko wyprawiona skóra. Gruba wiskoza? Blisko, bo Lee szyje swoje ubrania z celulozowego materiału, jaki
specjalnie dla niej tkają bakterie.
Bio couture
To, że bakterie potrafią produkować różne substancje, nie jest niczym nowym. Niektóre produkują toksyny, np. śmiertelnie niebezpieczny jad
kiełbasiany (inaczej – botulinę). Inne – odpowiednio zmodyfikowane genetycznie – substancje wykorzystywane jako lekarstwa, np. insulinę. Są też bakterie potrafiące zamieniać cukier w celulozę. I to właśnie na ich trop wpadła Suzanne Lee, projektantka mody pracująca na słynnej Central Saint Martins Collage of Art & Design w Londynie. Przygotowując książkę o modzie przyszłości, Lee dowiedziała się o bakteriach, które w procesie fermentacji produkują mikrowłókna czystej celulozy, tworzące spójną warstwę. Przy opracowywaniu technologii wytwarzania bakteryjnej
celulozy pomocny okazał się przepis na kombuchę – napój ze słodkiej, sfermentowanej herbaty. Do wywaru z zielonej herbaty Lee dodaje cukier,
drożdże oraz bakterie produkujące celulozę, np. Gluconacetobacter xylinus. Przetwarzając cukier z roztworu, bakterie produkują włókienka celulozy, które po 2–3 tygodniach tworzą na powierzchni gruby na półtora centymetra kożuch, nieco galaretowaty. Taką surową celulozę trzeba
wypłukać, wysuszyć, a następnie wyprawić. Dopiero po takiej obróbce materiał będzie nadawać się do szycia. – Chyba najbliżej mu do delikatnej
skóry i dlatego sama zwykle nazywam go roślinną skórą – mówi „Focusowi” Suzanne Lee.
W porównaniu z tradycyjną wiskozą (czyli tkaniną z celulozy pochodzenia drzewnego) materiał bakteryjny jest bardziej ekologiczny. Podczas produkcji wiskozy używa się związków siarki i mocnych kwasów, wynalazek Suzanne Lee pozbawiony jest tej wady. Podobnie jak w przypadku zwykłych tkanin, i tę bakteryjną można farbować i zdobić. Suzanne Lee eksperymentowała z różnymi naturalnymi barwnikami, m.in. proszkiem curry, sokiem ze szpinaku lub jagód. – Na razie takie ubrania trzeba prać ręcznie, ale przy odrobinie naukowego udoskonalenia prawdopodobnie można by je przystosować do prania w pralce – przyznaje projektantka. Czy ludzie nie będą mieć oporów przed noszeniem ubrań z materiału zrobionego przez bakterie? Zdaniem Suzanne – nie. – Ludzie noszą tkaniny zrobione przez robaki, kraby, wytworzone z mleka, kłujących pokrzyw, a także skóry i futra martwych zwierząt. Większość ludzi nie jest w stanie powiedzieć, z czego robi się wiskozę i nie dostrzeże różnicy między sztuczną a prawdziwą skórą. Zwykle nie zadajemy zbyt wielu pytań odnośnie pochodzenia materiału, z którego uszyto ubranie.Ważniejsza jest cena, atrakcyjny wygląd, funkcjonalność, wygoda – niekoniecznie w tej kolejności – stwierdza designerka.
Zdaniem Lee główną zaletą bakteryjnego materiału jest to, że jest ekologiczny – jego produkcja nie wymaga użycia pestycydów, sztucznych nawozów, chemikaliów. Przy jego obróbce zużywa się też o wiele mniej wody niż przy przetwarzaniu włókien bawełny, bo płyn z fermentacji można powtórnie wykorzystać, a barwniki – dodawać do mieszanki w czasie rozrostu celulozy. Jednak aby móc myśleć o masowej produkcji ubrań z
bakteryjnej celulozy, trzeba wpierw udoskonalić technologię fermentacji, dostosowując ją do skali przemysłowej.– Przy rosnących cenach ropy jestem przekonana, że coraz więcej sektorów przemysłu będzie rozważać masową produkcję z użyciem bakterii – mówi Lee.
Choć niezwykłe, ubrania Suzanne Lee to nie jedyny przykład wykorzystania bakteryjnej celulozy. W zależności od tego, jakie warunki zapewni się mikroorganizmom, łatwo jest zmieniać parametry produkowanego przez nie materiału, a to stwarza kolejne możliwości. Bakteryjną celulozę można
wykorzystać m.in. do produkcji e-papieru lub filtrów do wodorowych ogniw paliwowych. Może też znaleźć zastosowanie w medycynie, np. jako opatrunek otwartych ran. Włókienka bakteryjnej celulozy z wyglądu przypominają włókna kolagenu. Dzięki temu taki celulozowy opatrunek stanowi dobre rusztowanie dla komórek zasklepiających ranę. Inny pomysł to celulozowe naczynia krwionośne. Badania w tym kierunku prowadzi zespół Aase Bodin ze szwedzkiej firmy biotechnologicznej Arterion. Materiał, z którego można by „uszyć” zastępcze naczynia krwionośne, musi spełniać określone parametry: być delikatny i przepuszczalny, ale też na tyle mocny, by wytrzymać ciśnienie płynącej krwi. Ponadto musi być tolerowany przez organizm. Te wszystkie warunki okazała się spełniać bakteryjna celuloza. Ponadto przeprowadzone testy wykazały, że w wykonanych z celulozy naczyniach krwionośnych dochodzi do powstawania zatorów rzadziej niż w protezach z tworzyw sztucznych. W dodatku sam proces produkcji materiału jest stosunkowo prosty, bo bakterie potrzebują jedynie cukru i powietrza. Stworzone dzięki bakteriom naczynia krwionośne pomyślnie przeszły krótkoterminowe testy na szczurach. W planach naukowcy mają sprawdzenie, jak celulozowe naczynia krwionośne będą się zachowywać w organizmie przez dłuższy czas.
Ubrania Lee czy naczynia krwionośne z bakteryjnej celulozy to nadal wynalazki w fazie eksperymentów. Jednak wytwory innych małych budowniczych – grzybów – już dzisiaj są wykorzystywane na masową skalę. „Na etacie” grzyby zatrudnia firma Ecovative Design, produkująca ekologiczne zamienniki dla styropianowych opakowań i poliuretanowych izolacji. Eben Bayer i Gavin McIntyre, studenci Rensselaer Politechnic Institute zwrócili uwagę, że rozwijająca się na trocinach grzybnia zachowuje się jak spoiwo, silnie wiążące wióry. Ta obserwacja skłoniła studentów do sprawdzenia, czy grzybni nie dałoby się wykorzystać w roli kleju spajającego drobiny materiału. Jak się okazało – dałoby się. Grzybnia to wspaniały, samoorganizujący się materiał, który pozwala wykorzystać to, co uważamy za odpadki, np. łuski nasion, do produkcji tworzyw, które można dowolnie formować – mówi Eben Bayer. Opracowana przez Ecovative technologia nie wydaje się skomplikowana. Najpierw wykonuje się formy, w których będą rosnąć elementy – np. narożniki zabezpieczające meble w transporcie.
Wybrane formy wypełnia się biodegradowalnym materiałem, np. zmielonymi pasteryzowanymi wiórami drewna z dodatkiem grzybni. Tak przygotowane
formy odstawia się do „wyrośnięcia”. – Właśnie tutaj dzieje się cała magia, bo to organizm, a nie sprzęt, wykonuje całą pracę przy produkcji tworzywa – mówi Bayer. W ten sposób można uzyskać materiały zbliżone parametrami do styropianu czy poliuretanowej pianki, ale w 100 procentach biodegradowalne, choćby w zaciszu domowego kompostu. Grzybowy plastik jest wodo- i ognioodporny, nadaje się do izolacji lub wyciszania budynków, do produkcji opakowań. Filozofia Ecovative Design zakłada, by do produkcji tworzywa używać tego, co jest pod ręką – dlatego inżynierowie firmy opracowali odpowiednie receptury, bazujące a to na odpadkach z pól ryżowych, a to na otrębach owsianych.
Do ciężkiej, a w dodatku niezwykle precyzyjnej pracy można zaprząc nawet tak małe byty jak wirusy. To, do czego są zdolne świetnie wie prof. Angela M. Belcher, bioinżynier z Massachusetts Institute of Technology. Belcher zaintrygowało to, w jaki sposób natura potrafi tworzyć wytrzymałe materiały. Jej ulubionym przykładem są muszle morskich ślimaków z rodziny słuchotek, które często można znaleźć w sklepach z pamiątkami. Muszle słuchotek w 98 proc. składają się węglanu wapnia (pozostałe dwa procenty to białka), ale są 300 razy wytrzymalsze niż zwykły węglan wapnia (np. kreda). Cały sekret tkwi w tym, jak muszla jest zbudowana na poziomie nano. Mięczak produkuje białka o silnie ujemnym ładunku, które przyciągają jony wapnia ze środowiska. I tak powstaje wafelek – wapń, węglan. Belcher zaczęła się zastanawiać, czy żyjących organizmów nie dałoby się jakoś nakłonić do produkowania innych materiałów i struktur, czegoś bardziej użytecznego dla człowieka niż połyskująca muszla. Na przykład baterii. Wystarczyłoby jedynie znaleźć sekwencje DNA, które kodują białka zdolne wychwytywać czy przyciągać interesujące nas materiały budowlane.
Do roboty zagoniła wirusy, a dokładnie bakteriofagi M13. Ich zaletą jest stosunkowo prosty genom, którym łatwo manipulować, uzyskując w efekcie
wirusy z różnymi białkami powierzchniowymi. Wirusową menażerię wystarczy potem wpuścić do odpowiedniego roztworu i wyłapać te, które
przyciągnęły interesujące nas jony. Spełniające określone kryteria wirusy można bez problemu namnażać, uzyskując w ten sposób milionową armię
mikroskopijnych robotników. Kilka lat temu Belcher udało się wyhodować wirusy, przyciągające do swojej powierzchni jony kobaltu. Umieszczone na suchym elektrolicie, powleczone kobaltem wirusy działały niczym nanoanody.
Kolejnym wyzwaniem, któremu podołał zespół Belcher, było zrobienie nanokatod. Tym razem wykorzystano wirusy, które pokrywały się fosforanem (V) żelaza (FePO4 ), a potem przyczepiały do węglowych nanorurek, tworząc w ten sposób wysoce przewodzący materiał. – Tak, dzięki selektywnej ewolucji, przeszliśmy od wirusów zdolnych do robienia słabych baterii, przez wirusy robiące dobre baterie aż do wirusów robiących rekordowo wydajne baterie – kwituje Belcher. Co więcej, produkcja wirusowych superbaterii nie wymaga specjalnych warunków – można je robić w temperaturze pokojowej. Gdyby udoskonalić technologie do tego stopnia, by móc produkować większe baterie, mogłyby one znaleźć zastosowanie w codziennych sprzętach. – Moim marzeniem jest jeździć priusem z wirusową baterią – żartowała podczas konferencji TE- DxCalTech Angela M. Belcher.