بیوتکنولوژی نحوه تولید لباس را تغییر خواهد داد

بیوتکنولوژی نساجی به منظور بهبود الیاف طبیعی یا تولید الیاف جدید با پلیمرهای زیست تخریب پذیر جدید، از میکروارگانیسم ها، گیاهان و تصفیه فاضلاب نساجی استفاده می نماید. اکثر این تکنیک ها هنوز تجاری نشده اند....

شنبه، 18 دی 1400

تخمین زمان مطالعه:

مترجم : زهرا حاجی احمدی

موارد بیشتر برای شما

استفاده از زیست شناسی برای تولید لباس برای بهتر و پایدارتر کردن منسوجات در حال توسعه است. بیوتکنولوژی در حال حاضر نقش مهمی در صنعت نساجی ایفا می کند. آنزیم ها به طور معمول برای شستن و سفید کردن منسوجات، برای دادن ظاهر جین به شلوار جین یا جلوگیری از چروک شدن پشم استفاده می شوند. موج جدید فناوری می تواند یک گام فراتر بردارد. در آینده‌ای نه چندان دور، لباس‌های ما توسط میکروب‌های زنده ساخته و رنگ می‌شوند و بسیاری از فرآیندهای شیمیایی که مد را به یکی از آلاینده‌ترین صنایع جهان تبدیل می‌کنند، کنار گذاشته می‌شوند.

رشد ابریشم عنکبوت با باکتری یا گیاهان تراریخته

ابریشم عنکبوت به عنوان یک ماده قوی، انعطاف پذیر و سبک شناخته شده است، اما امکان پرورش عنکبوت در مقیاس صنعتی وجود ندارد. AMSilk مستقر در آلمان از باکتری های دستکاری شده ژنتیکی برای حل این مشکل استفاده می کند. در داخل بیوراکتورهای تخمیر، باکتری ها پروتئین ابریشم عنکبوت تولید می کنند که سپس به الیاف تبدیل می شود و یک ماده کاملاً جدید با خواص منحصر به فرد ایجاد می کند. جنز کلاین، مدیر عامل این شرکت گفته است: ((در منسوجات، ما در دهه‌های گذشته یک ماده واقعاً جدید ندیده‌ایم)). AMSilk به تازگی عرضه اولین محصول ساخته شده با این ابریشم عنکبوتی را جشن گرفت که یک بند ساعت لوکس بود. این شرکت در چندین محصول دیگر با استفاده از الیاف ابریشم عنکبوت کار می کند، از جمله کفش های کتانی زیست تخریب پذیر برای آدیداس. کلاین می‌گوید: (( از نظر طراحی می‌توانید ویژگی‌های مواد را از سطح مولکولی تنظیم کنید و کنترل قابل‌توجهی بر محصول نهایی نسبت به مواد سنتی به شما می‌دهد. از منظر پایداری، این ماده نیازی به ورودی حیوانی یا نفتی ندارد)). در ادامه کلاین توضیح داد: (( صنعت مد مانند بسیاری دیگر از صنایع، در تلاش است تا خواسته های رقابتی برای عملکرد و پایداری را برآورده کند. از یک طرف، مصرف کنندگان محصولاتی با ویژگی های عملکرد بهتر می خواهند و از سوی دیگر، آن ها خواستار مواد و روش های تولید پایدارتر هستند. مواد سنتی نمی توانند هر دو خواسته را برآورده کنند، اما مواد ساخته شده زیستی می توانند این خواسته ها را برآورده کنند)). به دلیل اینکه ژن های ابریشم عنکبوت ساختاری به شدت تکراری دارند، این امکان فراهم شده که آنالوگ های مصنوعی این ژن را با تولید و تکثیر واحد های تکراری آن بسازند. آنالوگ های مصنوعی با ویژگی های از قبل طراحی شده، امکان ساخت مواد با قدرت و الاستیکی مختلف را می دهند. مهندسی ژنتیک باعث بیان این ژن در میکروارگانیسم هایی چون اشیرشیا کلای و یوکاریوت های پست مثل مخمر Pichia pastoria شده است. البته ابریشم عنکبوت در این ارگانیسم ها علی رغم بیان بیش از حد باز غیر کارا می باشند، چرا که بازده آن ها کم است و این به دلیل رخ دادن ختم زود رس ترجمه ناشی از حضور کدون های تکراری زیاد در هر 300-100 کدون است که منجر به قحطی tRNAs می شود، با توجه به اینکه در پروتئین ابریشم عنکبوت به مقدرا زیاد آلانین و گلایسین وجود دارد باید این دو اسید آمینه در محیط کشت باکتری فراهم باشد، از دیگر مشکلات تولید این پروتئین توسط باکتری می توان به بی ثباتی ناشی از نوترکیبی ژنتیکی اشاره کرد، این اتفاق به دلیل توالی های تکراری بسیاری است که در spidroin موجود است، چون باکتری چندین نسخه از این ژن را می سازد ، نوترکیبی بین این مناطق تکراری منجر به ایجاد ترکیبی می شود که دیگر spidroin نیست.

به عنوان جایگزینی برای میکروب ها، قطعاتی از پروتئین ابریشم عنکبوت ( MaspI , MaspII و AdfI) در دامنه ی 140-60 کیلو دالتون، در سلول پستانداران تولید شده است. این قبیل آزمایشات می تواند منجربه تولید حیوانات ترانسژنیک قادر به تولید پروتئین ابریشم در شیر خود، شود. اگرچه تولید انبوه پروتئین های ساختاری از سلول های حیوانی بسیار گران بوده و نیاز به دستگاه های پیشرفته و اصلاح حیوانات دارد. راه دیگر برای تولید پروتئین های ابریشم عنکبوت مهندسی ژنتیک کرم ابریشم می باشد، البته لازم به ذکر است که فیبر های ابریشم از لحاظ قدرت مانند ابریشم Dragline نمی باشند، اما در آینده ژن های تولید کننده در کرم ابریشم می توانند توسط ژن های ابریشم عنکبوت جایگزین شوند. آزمایشات اولیه نشان داده که می توان ترانسفورم هایی پایدار از کرم ابریشم با استفاده از روش هدف قرار دادن ژن بر اساس باکولوویروس، تولید کرد. ترانسفورم های ساخته شده زنجیره ی سبک ژن فیبروئین متصل به ژن پروکلاژن نوع III انسان که از دو طرف قطع شده است را حمل می کند. این ژن شیمر در غده ی عقبی کرم ابریشم بیان شده و محصول آن در لایه های پیله ی کرم ابریشم نمایان می شود. نویسنده ی این مقاله ادعا می کند که قرار دادن ژن های خارجی در پایین دست پروموتور قوی مثل پروموتور ژن فیبروئین، اجازه ی تولید فراوان از پروتئین های نوترکیب را در کرم ابریشم می دهد. بنابراین ساخت کرم ابریشمی که قادر به تنیدن ابریشم عنکبوت باشد، هدف واقع بینانه ای می تواند باشد.

برای فایق آمدن بر محدودیت های ذکر شده در تولید پروتئین ابریشم عنکبوت در سایر موجودات، باید گیاهان را برای تولید Spidroin مصنوعی انتخاب کنیم. سلول های گیاهی به طور کارا ژن های بزرگ شامل تکرار های مستقیم و پروتئین های پیچیده ی بزرگ از جمله انواع فیبر ها را دریافت می کند و تولید آن ها می تواند در مقیاس وسیع باشد. بر طبق آمار منتشر شده تولید فیبرهای پروتئینی نوترکیب در گیاهان تراریخته شش تا هفت برابر ارزان تر از سنتز میکروبی است و به همین دلیل گیاهان تراریخته بیان کننده ی آنالوگ های Spidroin ابریشم Dragline از Nephila clavipes ساخته شد. سیب زمینی و تنباکویی که به طور پایدار تراریخته شده اند حاوی ژن های مختلف ابریشم عنکبوت به اندازه ی 3600- 420 می باشند. ژن های سنتز شده بیش از 90% با ژن های عنکبوت بومی شباهت دارند. پروتئین ابریشم عنکبوت تجمع یافته در این دو گیاه در بهترین حالت به میزان 2% از کل پروتئین های محلول بود. علاوه بر این برخی از دانشمندان پروتئین ابریشم عنکبوت سنتز شده ( 51/2 کیلو دالتون ) را با بیوپلیمر الاستیک 100 x ELP ترکیب کردند و یک پروتئین 94/2 کیلو دالتون را ساخته اند. در بهترین حالت سطح تجمع پروتئین فیوز شده ی ابریشم عنکبوت - الاستین در گیاه تا بیش از 4% کل پروتئین های محلول بود. فیبر الاستین طبیعی امکان تغییر شکل مکرر و برگشت پذیر را برای بسیاری از بافت ها که نیاز به این حالت دارند را فراهم می کند. با ترکیب پروتئین ابریشم عنکبوت با پلیمر زنده ی الاستیک مانند شبه الاستین، می توان اولین قدم را به سمت توسعه ی بیومتریال مناسب برای اهداف پزشکی و صنعتی برداشت.

پرورش بدن با جلبک

نه تنها صنعت مد مسئول 20 درصد آلودگی آب در جهان است. مواد شیمیایی مورد استفاده در ساخت و رنگ آمیزی پارچه ها اغلب سمی هستند و به هزاران کارگر آسیب می زنند و می کشند. این مواد شیمیایی همچنین می توانند به پوست فرد استفاده کننده نفوذ کنند. جلبک دریایی می تواند راه حل باشد. شرکت آلمانی-اسرائیلی Algalife در حال رشد الیاف و رنگ با استفاده از جلبک است. رنانا کربس، مدیرعامل این شرکت گفت: ما از یک سیستم حلقه بسته با ضایعات صفر استفاده می کنیم، برای رشد آن به غیر از نور خورشید و آب به چیزی نیاز نداریم.

پس از 15 سال کار در صنعت مد، کربس به این نتیجه رسید که زمان آن رسیده است که یک تغییر بسیار مورد نیاز را رهبری کند. لباس های ساخته شده در Algalife فقط از نظر آلودگی، زمین، آب و مصرف انرژی پایدارتر نیستند. آن ها همچنین برای پرورش پوست بدن کاربر با ترکیبات طبیعی تولید شده توسط جلبک دریایی طراحی شده اند. کربس گفته است: (( شما واقعاً یک محصول سلامتی دارید که بدون آلرژن، بدون مواد شیمیایی، عاری از آفت کش ها و مغذی برای پوست است)). Algalife قصد دارد امسال به تولید انبوه برسد و اولین محصولات آن بر روی لباس های خانگی و ورزشی متمرکز شود. کربس در آینده تصور می کند که بتواند ترکیبات خاص تولید شده توسط جلبک ها مانند پروتئین ها یا ویتامین ها را سفارشی کند. این یک راه حل برد-برد برای همه ذینفعان است: تولید کنندگان، کارگران و مشتریان.

پرورش لباس از قارچ

کارخانه‌ها به دلیل مسائل زیست‌محیطی در حال تعطیل شدن هستند، آلودگی پلاستیک مشکل بزرگی است و تنها زمین ‌های زیادی وجود دارد که می‌توانیم به جای غذا برای رشد پنبه استفاده کنیم. آنیلا هویتینک، موسس شرکت هلندی NEFFA گفت: (( صنعت مد نیاز به تغییر دارد و به دنبال نوآوری های جدید است)). هویتینک پارچه ای ساخته است که از میسلیوم ها - ریشه قارچ ها - رشد می کند. قارچ ها در دیسک هایی رشد می کنند که سپس به هم چسبیده می شوند تا لباس های سفارشی بدون درز ایجاد کنند. همچنین، هویتینک گفت: (( همانطور که از مراحل نخ ریسی، بافت پارچه، الگوهای برش و دوخت لباس صرفنظر می کنیم، نه تنها ضایعات را در طول مرحله تولید کاهش می دهیم، بلکه منابعی مانند آب، زمین کشاورزی و حمل و نقل را نیز کاهش می دهیم ( بدون ضایعات پشت سر). بعد از پوشیدن، می‌توانید به سادگی لباس را در زمین دفن کنید و تجزیه می‌شود )). NEFFA قبلاً چندین نمونه اولیه از لباس‌ها، ژاکت‌ها و کیف‌های پولی ایجاد کرده است که با استفاده از این روش ساخته شده‌اند. هویتینک گفت: (( فناوری‌های تولید منسوجات نیاز به به‌روزرسانی بزرگی دارند )). یک درخت هر سال یک مجموعه برگ جدید دارد. طبیعت رفتار مصرفی خاص خود را دارد و با این حال می تواند سیاره را سالم نگه دارد. چه چیزی می توانیم از آن بیاموزیم؟ بیومیمیک (تقلید زیستی) و زیست شناسی باید نقش بیشتری در آینده ما ایفا کنند.»

رنگ کردن لباس با باکتری

صنعت رنگرزی از نظر مصرف آب و آلودگی آب تاثیرات زیست محیطی زیادی دارد. در بریتانیا، شرکت Faber Futures در حال توسعه یک روش رنگرزی جایگزین از طریق تخمیر، با استفاده از باکتری هایی مانند Streptomyces coelicolor است. Natsai Audrey Chieza، بنیانگذار و مدیر Faber Futures، می گوید: (( آب به شدت کاهش می یابد و ما نیازی به استفاده از مواد شیمیایی نداریم، زیرا رنگ مستقیماً روی منسوجات پخش می شود )). در آزمایشات اولیه، فناوری او ثابت کرده است که 500 برابر کمتر از رنگرزی معمولی آب مصرف می کند. از بسیاری جهات این یک انقلاب در رنگرزی پارچه است.

Faber Futures در حال توسعه رنگ‌هایی با رنگ ثابت است که با گذشت زمان یا شستشو محو نمی‌شوند. در آینده، زیست شناسی می تواند فرصت های جدیدی را برای رنگرزی، مانند رنگ های تطبیقی، باز کند. چیزا گفته است: (( فراتر از پایداری، ما در مورد قابلیت‌های جدید و ویژگی‌های جدید فراتر از طرز تفکر تک بعدی ما در مورد رنگ صحبت می‌کنیم )). Chieza اکنون با چندین برند همکاری می کند تا بهترین استراتژی ها را برای ترکیب این فناوری رنگرزی با نیازهای فردی آن ها ایجاد کند. او انتظار دارد اولین محصولات را در چند سال آینده عرضه کند. همچنین، Chieza گفته است: (( ما در حال بررسی رویکردهای مختلف برای تخمیر و استخراج رنگدانه ها برای دستیابی به پایان های مختلف هستیم. ما از یک رویکرد جامع و سیستمی به آن نگاه می کنیم تا چگونگی طراحی با زیست شناسی را کشف کنیم )).

آینده صنعت مد

هنوز تحقیقات زیادی لازم است تا زمانیکه بیوفبریکاسیون به جریان اصلی صنعت مد تبدیل شود و جایگزین روش های سنتی برای تولید و رنگرزی پارچه شود. یکی از چالش‌های بزرگ تبدیل فرآیندهای بیولوژیکی اولیه به تولید در مقیاس صنعتی است که کلیدی برای دسترسی گسترده و مقرون به صرفه این محصولات خواهد بود. کلاین گفته است: (( با هر ماده اساسی جدید، قیمت در ابتدا بالاتر از مواد معمولی خواهد بود، هم برای منعکس کردن تاثیر نوآوری و هم برای در نظر گرفتن ارزش مواد. زمانیکه صنعت شروع به گسترش می کند و همانطور که می بینید شرکت ها شروع به تولید این مواد زیست ساخته در مقیاس تجاری می کنند، ما شاهد نزدیک شدن آن ها به بازار گسترده تر خواهیم بود )). چالش دیگر تعیین تأثیر واقعی این فرآیندهای جدید بر محیط زیست است. چیزا به خبرنگاران گفته است: (( آنچه باید اندازه‌گیری شود و هیچ‌کس هنوز این کار را انجام نداده است، تجزیه و تحلیل چرخه کامل زندگی است. ما باید به خاطر داشته باشیم که تخمیر با کربنی که در حال حاضر از شکر حاصل می شود، گره خورده است. ما باید به پایداری از نظر ورودی مواد نگاه کنیم )). از آنجایی که ساخت بیولوژیک در حال پیشرفت و افزایش است، صنعت مد در حال تغییر اساسی است. صنعت مد قدرت زیادی برای تولید و دور انداختن دارد که این مدل نامناسبی است. کربس گفته است: (( ما خواهان یک صنعت مد هستیم که برای کارگران و کاربران نهایی تمیز، سالم و پایدار باشد. ما موتور سبز انقلاب مد هستیم )). به هر حال، استفاده از فناوری های جدید در صنعت نساجی زمان بر است، همانطور که دهه‌ها از توسعه نایلون در دهه 1930 طول کشید تا اینکه مانند امروز در همه جا در دسترس عموم باشد. با این وجود، آینده مد در بیوتکنولوژی و زیست شناسی است.

منبع: Labiotech