当微小的细菌决定给你点颜色看看

自史前时代起，人类就有着一种与生俱来的创作冲动，于是人们开始寻找和使用颜色。用颜料装饰洞穴墙壁，用植物给织物染色。

考古学家在秘鲁海岸一块有 6000 年历史的织物上发现了植物靛蓝；阿兹台克人和玛雅人从仙人掌上的昆虫中提取出深红色染料；地中海地区则从蜗牛中提取出皇家紫。

随着人类对大自然的探索，除了这些可见可触碰的生物，生活中无处不在的细菌同样可代谢出独特的色彩被用作染料。

就像我们运动会出汗，进食会有排泄物一样，细菌在新陈代谢的过程中也会产生不同的副产品。这些副产品是什么因菌而异。放线菌能产生医疗中广泛应用的抗生素；醋酸菌会产生赋予发酵食品独特风味的醋酸；乳酸菌能够产生人体有益的乳酸。

而一些来自土壤、水、植物的细菌具有复杂的生命周期和强大的次级代谢能力，可以合成并分泌色素。

单个细菌分泌的色素是肉眼无法看见的，当它们数以百万计的个体组成细菌“菌落”时才可以呈现出各种可被观测的颜色。这些色彩是细菌在生命活动中留下的印记，也是独一无二的微生物染料。

常见的能够分泌色素的细菌有沙雷氏菌、链霉菌和假单胞菌等等。它们能够产生的色素颜色范围很广，包括粉红色、黄色、蓝色、绿色等。

这些色素赋予细菌菌落特定的颜色，是菌落独特的生存记号。当它们生长在培养皿上时，培养皿会被细菌用颜色占据，宣告菌落的存在；而当这些细菌在织物上生长时，这些色素会与纺织材料发生化学结合，与纤维上的功能基团形成键，与织物紧密结合，具有染料的作用。

这个过程并不复杂。只需将布片浸泡在稀释的细菌液体培养液中，然后放在琼脂生长培养基的表面。经过几天的培养后，整个培养皿中都能够捕捉到菌落存在的痕迹，既有在布片上面的，也有在布片与培养基之间的。随着菌落的生长，细菌产生大量色素，最后将织物变成一件扎染 T 恤，有红色、粉色、紫色和蓝色。

由于耗水量大、二氧化碳消耗量大以及使用有毒化学品，纺织业在实现环境友好的道路上面临着重大挑战。而与细菌合作生产天然染料，可以减少当前广泛使用的化学染色中有毒化学品的使用。

只需要少量的水，细菌便可以产生完全可以与合成色彩相媲美的丰富色彩。这个与细菌合作产生可持续天然染色方式成为了设计师们探索的方向。

合作的前提是了解和观察。中央圣马丁生物设计专业的设计师辛齐娅-法拉利（Cinzia Ferrari）选择的合作伙伴是常见于土壤中的蓝黑紫色杆菌（ Janthinobacterium lividum）。通过代谢甘油和葡萄糖等碳源，这种细菌会产生紫罗兰色素，从而呈现出独特的紫色。

她在各种纺织品上进行了染色实验：

首先将每块织物浸入热的琼脂+1%甘油溶液中，然后进行高压灭菌。

接着用两种不同的技术交替将细菌接种到织物上：滴加 500µl 液体培养物和直接在样品上进行平板培养。并将织物放入 25°C 的黑暗培养箱中。

随后，她记录下了细菌生长一周后留下的色彩痕迹。

除了耀眼的紫罗兰色，细菌还有着我们能够想象到的几乎所有色彩。毕业于丹麦皇家学院的产品设计师莫妮卡-路易斯-哈特维格森（Monica Hartvigsen）同时有着生物学的学位，两个专业学习经验的结合让莫妮卡开始关注微生物颜色如何在纺织品上呈现。她将大自然作为合作伙伴，而不仅仅是一个静态材料。

合作的起点始于寻找想要合作伙伴。她用自制的的“微生物分离试剂盒”在自然界中找到细菌或真菌，然后开始观察接下来要合作的微生物如何生长？它会变成什么颜色？下一步是培养它，让美丽的颜色在材料表面上生动显现。

经过丰富的实验和探索，莫妮卡将细菌染料与巴菲桑染料混合。创作出她可以想象到的所有颜色。包括了36 种不同配色的梭织涤纶纺织品。

工业染料对生态系统造成的灾难性影响一直是时尚产业的难题。细菌的巨大潜力也吸引着想要改善这一环境问题的服装设计师夏洛特·沃斯 (Charlotte Werth)。

在了解到细菌染色后，她希望创造一个机器，自动化实验和探索细菌染色过程。这台机器与细菌合作，生产出一致的图案和形状，从而实现环保安全的纺织品染料生产的规模化和自动化。

她将细菌邀请进入染色机器，细菌在织物上开始活跃地生长繁衍，在这个新陈代谢的过程中分泌出鲜艳的色素，与植物的纤维结合产生了令人着迷的色彩渐边和难以复制的线条。细菌的生长过程引入了不可预测的因素，细菌成为积极参与设计工作的不可或缺的合作者，为不可预测的结果打开了无尽的可能性。细菌的生长模式为设计注入了独特的美学维度。

织物上留下的印记是细菌独特生命活动的记录，织物的褶皱、光照、温度、培养基的pH值等等都影响着细菌的生长进而改变着织物上留下的颜色。没有两块织物是相同的，也没有一片织物上有完全均匀一致的色彩。

为了进一步了解细菌在织物上的生长特性，设计师Laura Luchtman和 Ilfa Siebenhaar进行了创造性的实验。她们与音响工程师爱德华-范-多梅伦（Eduard van Dommelen）合作，在实验室自建了一个音响装置，并用不同的频率、细菌和纺织品进行了多次实验。

结果显示，与未使用声音染色的纺织品相比，特定千赫音调下细菌生长得更为活跃，染色的纺织品具有更高的饱和度。我们无从确认但或许可以从织物上的图案猜测是否细菌在听着他们喜爱的音乐创作画作。

细菌染色是细菌新陈代谢过程中在织物上留下的独特生长痕迹，而细菌的生命活动产出远不止色素这一个代谢产物。除了能够产出鲜艳的颜色，细菌还有着一些特殊性能，例如抗菌、抗氧化、防紫外线等。这些特殊性能还促使科学家研究和开发除细菌色素外的其他潜力。

伊斯法罕理工大学的法尔扎内赫-阿里霍塞尼（Farzaneh Alihosseini）等人聚焦研究了诱变产气弧菌。发现该菌株除了能赋予纺织材料颜色外，还能赋予织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的持久抗菌活性。

麻省理工学院的玛丽亚-卡内利（Maria Kanelli）等人优化了浅青紫色杆菌的培养条件，在产生色素的同时织物也成为了细菌的定居地，这些细菌所具备的抗菌特性也为织物赋予了超能力。这使得染色织物对几种念珠菌病原体、白色念珠菌、近平滑念珠菌和克柔念珠菌具有显著的抗菌活性，并对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）具有抗菌性能。

随着越来越多的实验研究的推进，我们开始发现用于染色细菌的特殊性质会使得染色后的纺织品具有相同的特性。除了纺织品的耐久染色外，具有抗菌活性等特殊性能的细菌色素还可以为染色材料增加多功能性。

那么我们或许可以畅想，如果染料能够以不干扰其生物功能的方式与纺织品结合，就可以为纺织材料提供额外的特性。例如一些非常有价值的特性如抗菌、抗氧化、抗紫外线和抗肿瘤活性。或许未来可以将这些特性赋予纺织品以获得用于特殊用途的材料。

就像葡萄经微生物发酵酿造出的葡萄酒的微妙风味一样，用细菌染色是一个发酵过程，细菌将营养物质代谢色素，在织物上留下生长的痕迹。

染色过程是细菌的生长日记，无一相同的染色结果呈现着新颖独特的美感和独一无二的创作。当微小的细菌决定给你点颜色看看，不妨看向微生物世界这个万花筒，在不可见和不可控中开启美感和灵感的奇遇。

参考文献

1.Alihosseini, F.; Lango, J.; Ju, K.S.; Hammock, B.D.; Sun, G. Mutation of bacterium Vibrio gazogenes for selective preparation of colorants. Biotechnol. Prog. 2010, 26, 352–360.

2.Charkoudian LK, Fitzgerald JT, Khosla C, Champlin A (2010) In Living Color: Bacterial Pigments as an Untapped Resource in the Classroom and Beyond. PLoS Biol 8(10): e1000510.

3.Kanelli, M.; Mandic, M.; Kalakona, M.; Vasilakos, S.; Kekos, D.; Nikodinovic-Runic, J.; Topakas, E. Microbial production of violacein and process optimization for dyeing polyamide fabrics with acquired antimicrobial properties. Front. Microbiol. 2018, 9, 1–13.

4.Kramar, A.; Kostic, M.M. Bacterial Secondary Metabolites as Biopigments for Textile Dyeing. Textiles 2022, 2, 252-264.

来源：as科学艺术研究中心

编辑：阿泊

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