改造大肠杆菌染牛仔裤成新时尚“姐妹花”初创的生物合成染料产业化之路却遇阻

2012年，纪录片《牛仔裤的价格》上映，记录了生产水洗牛仔裤带来的污染和危害。中国是世界上最大的牛仔裤出口国之一。据统计，中国每年将向世界各地供应6亿条牛仔裤。

时装业的染色过程是高能耗、高耗水的。据一些业内人士称，生产一吨染料需要近1000立方米的水、100吨重石油化合物、10吨有毒和腐蚀性化学品，以及至少100兆焦耳的能量。

以牛仔裤为例。在生产过程中，需要大量的水和高锰酸钾化学品。一些隐蔽的小工厂的废水不经处理直接排入附近的河流，造成严重的水污染。近两年，行业内出现了一种新的激光牛仔裤生产技术和模式。但由于价格和成本较高，推广并不顺利。

一家名为Tinctorium(靛蓝)的初创公司试图利用合成生物学来解决牛仔裤的“肮脏”秘密:靛蓝染料。这家公司成立于2018年，总部位于旧金山。

奇怪的是，2019年一些媒体采访后，这家没有官网的公司就消失了。但后来出现了一家名为Huue的公司，创始团队是Tammy Su和朱妍，业务方向仍然是为牛仔制造商提供来自大自然的靛蓝染料。化学靛蓝合成中的两个问题

其实在秦汉以前，古人就从一种叫水蓼的植物中提取了靛蓝，有《照你》为证。但是，终止、收集和提取的周期极长，效率极低。

1885年，全球天然靛蓝产量仅为5000吨左右，无法满足市场需求。

这一时期的化学家阿道夫·冯·拜尔(Adolf von Baeyer)首次合成了靛蓝，并于1883年确认了靛蓝的化学结构式。也正是基于这一成果，他获得了1905年的诺贝尔化学奖。

德国巴斯夫公司于1881年开始小批量生产靛蓝，这是人类历史上第一家生产靛蓝的公司；1897年，巴斯夫首次大规模生产靛蓝。此后，世界各地的工厂每年可以生产约7万吨靛蓝染料，工业价值为660亿美元，其中大部分用于给牛仔布上色。

但是在靛蓝的化学合成中有两个令人担忧的问题:

一方面，在靛蓝生产中，这是一个需要大量氰化物、甲醛和苯胺的多步化学合成，其中苯胺是从石油中提取的，是靛蓝生产的起始原料。靛蓝的合成需要将这三种有毒化学物质加热到高温，这需要大量的能量，然后用水冷却反应。

另一方面，在染色中。因为靛蓝不溶于水，所以必须加入一些化学还原剂才能将其变成水溶性染料。在化学还原剂中，连二亚硫酸钠因其速度快、效率高而在工业上得到广泛应用。但是它有很强的腐蚀性。两步生物合成实现“绿色化”

事实上，几年前，牛仔行业就开始研究利用生物技术生产靛蓝。但当时因为技术不成熟，消费者和监管机构都不关心，技术前期成本高导致化工公司稍微降价，会削弱生物合成的推广进程。

现在，可持续性是政府和消费者特别关注的问题。生物合成预计会非常高。

合成染料，也称为生物染料，含有动物、植物和微生物来源。美国的生物燃料市场规模为31亿美元，2014年至2018年的年增长率达到7%以上。

早在2018年，加州大学伯克利分校的生物工程师John E. Dueber就带领一个团队在《自然化学生物学》上公布了他们的新方法:利用转基因大肠杆菌合成靛蓝，模仿自然界中靛蓝植物的染色过程。

Tinctorium的联合创始人Tammy Su是这篇论文的第一作者，这篇论文发表于他的博士时期。

事实上，在此之前，一些研究团队和一家名为Genencor的公司已经尝试用大肠杆菌生产靛蓝..Genencor使用一种酶将大肠杆菌的代谢产物转化为一种叫做吲哚基的分子，吲哚基二聚化形成靛蓝粉。但这种方法在生产过程中只是“绿色”的，在后续的染色过程中仍然需要使用化学还原剂。

这种方法是从生产和染色两个环节“绿色”的。一方面，与化学合成的石化原料相比，生物合成原料更加绿色；另一方面，在染色过程中，生物合成的吲哚苷可以直接用于染色，无需使用化学还原剂。

植物如何合成靛蓝？上述水蓼叶中含有靛蓝前体，即靛酚。但是吲哚酚不是很稳定，所以植物利用葡萄糖作为保护基团，在葡萄糖基转移酶的作用下，将其变成稳定的无色分子吲哚苷。在特殊情况下，植物中的一种酶——β-葡萄糖苷酶，可以脱去吲哚苷的保护基，使其变回吲哚酚，吲哚酚会自发氧化，通过靛白中间体形成靛蓝。

John Dueber的团队利用基因编辑将何首乌葡萄糖基转移酶基因PtUGT1转入大肠杆菌，使细菌也能合成吲哚苷。然后将吲哚苷提取出来溶于水，加入β-葡萄糖苷酶使其变回吲哚酚，吲哚酚会在空气体中自发氧化生成靛蓝，从而完成染色。

然而，当这种方法从实验室走向大规模生产时，仍有许多问题需要解决。成本方面，目前β-葡萄糖苷酶成本较高，需要寻找一种廉价的催化剂。同时，生物合成的路径仍然是优化的空。18升细菌染了一条牛仔裤？

2018年，Tammy Su用技术创立了Tinctorium，并申请了世界著名的生物技术加速器IndieBio，通过了第一次面试。但面试官告诉她，公司需要一个合作伙伴，于是Tammy Su找到了在类似美国的“大众点评”网站Yelp工作的，他们都参加了IndieBio为期四个月的项目。

“你的报告说，在2015年，你需要18升培养的细菌来染一条牛仔裤。从那以后效率提高了吗？”2019年有外媒采访时问。

Tammy Su回答说，经过一些工程和培养条件的优化，现在染一条牛仔裤大约需要5升。她表示，公司还在努力进一步完善和优化。总的来说，它的染料目前还是比工业生产贵。

在2019年的采访中，Tammy Su表示，她希望尽快使用其染色技术生产1000条牛仔裤。并尝试与时尚品牌合作推出联名牛仔裤系列，开始市场教育。此外，在技术上，也希望在未来几年内将染料的生产规模扩大到几千甚至上万升。

2020年至2021年间，没有发现酊剂的任何进展或发布的消息。

“我们认为现在是时候了。在过去的几年里，使用更可持续的材料已经成为时装业的一种趋势。与此同时，一些新兴公司也应运而生，比如Bolt Threads，它使用人造蜘蛛丝来制作衣服，MycoWorks，它使用真菌来制作纤维，以及无动物皮革公司。这是一个消费者越来越意识到的选择。我们希望在牛仔布的可持续性方面扩大我们的音量。”Tammy Hsu说。

目前，酊剂与Huue的关系尚不清楚。