靛藍是用於紡織品印染的最古老的染料之一，其作為紡織染料的歷史可以追溯到 6,000 多年前。 2009 年，考古學家在秘魯發現了一塊有 6,200 年歷史的染色靛藍布，據推測是今天牛仔褲的“祖先”。 靛藍也是已知的唯一一種產生藍色牛仔布獨特顏色的分子。 目前，每年生產的50,000噸靛藍主要用於牛仔布染色。 這種染料曾經是從植物中提取的，但現在主要是人工合成的。 但是，靛藍本身幾乎不溶於水，如果想讓它溶於水，就需要加入還原劑，並且處於鹼性條件下，比如加入強還原劑和亞硝酸鈉。 這些化學物質會損害紡織工人的健康，並導致水道和土壤汙染以及農作物損失。 日前，荷蘭丹麥技術大學的研究人員提出了一種更經濟、更環保的靛藍生產技術，並驗證了可行性。 這是一種稱為“即插即用靛藍合成技術”的技術，它使用工程化的吲哚基轉移酶突變體 PTU GT1stable 將吲哚酚有效地轉化為靛藍糖苷（indican，靛藍苷），可直接在紡絲時合成用於靛藍染色。 研究團隊還展示了一種經濟上可行且毒性較小的染色工藝，酶促牛仔布染色工藝有可能將藍色牛仔布染色對環境的有害影響減少92%。 
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該研究已發表在《自然通訊》上。 通訊作者之一是Ditte Hededam Welner，他是丹麥技術大學諾和諾德生物可持續性中心的高階研究員和小組負責人。 Ditte Hededam Welner的研究興趣是酶工程和結構生物學，包括開發用於天然產物工業生產的酶生物催化劑，以及次級代謝糖基轉移酶（GTs）的結構和功能決定因素的系統研究，為有效的次級代謝（GT）發現和工程提供基礎。 靛藍（吲哚基--d-葡萄糖苷）是吲哚酚的一種糖苷，屬於染料靛藍和靛紅的前體，是靛藍在可萃取靛藍植物中的天然貯藏形式。 基於此，糖苷染色被認為是一種環保的藍色牛仔染料。 根據Ditte Hededam Welner的說法，“吲哚酚苷是一種天然產物，而不是合成產品。 其優點是吲哚酚苷可溶於水，紡織品浸入水中即可直接染色，這是靛藍無法做到的。 這種方法不需要新增許多化學品，已成為一種有吸引力的解決方案。 據研究人員介紹，如果想在牛仔布染色中有效利用靛藍合成的染料，就必須開發生產工藝和染色工藝兩種工藝。 與傳統方法相比，這兩種工藝都需要對環境有益，而且在經濟上可行且價格合理。 基於此，該團隊從經濟可行性、環境績效和社會影響**三個維度出發，開發出滿足這些要求的流程。 研究人員設計了一種糖基轉移酶突變體，通過結合酶和工藝方法生產靛藍，並評估了兩種牛仔布染色工藝。 
圖 |靛藍和靛藍的生產和使用概述（**上文**）。
由於無細胞生物催化比細胞工廠更具可擴充套件性和效率，因此該團隊研究了基於天然吲哚糖基轉移酶PTUgt1的基於吲哚的靛藍酶促合成的三個維度。 PTUgt1 是一種可溶性 UDP 依賴性糖基轉移酶，存在於可提取的靛藍生物植物虎杖屬中。 與以往方法不同，該團隊將共識誘變、環接枝和二硫鍵橋工程相結合，合理地引入PTUgt1活性位點之外的穩定突變，並篩選出具有最佳穩定性和活性的十倍組合變體PTU GT1stable。 該變體在高底物濃度、高溫、有機溶劑、長時間儲存和無緩衝水下保持穩定。 在經濟維度上，根據測試資料和**，原材料**達到99 公斤，根據對關鍵原材料銷售的不確定性分析，估計為 5-13 美元**。 反應時間縮短至201小時，收率下降到53，這種方法在經濟上也是可行的; 在環境維度上，如果通過這種方式將合成靛藍的產量從65%提高到66%，環境成本將與傳統靛藍相同。 如果反應時間和收率降低到上述經濟可行性的臨界值（201小時53），對環境的影響會略有增加;在社會可持續性方面，選擇定性地評估了技術對社會可持續性的影響，包括生產國的宜居性和健康狀況。 與傳統的靛藍生產方法相比這種方法是一種即插即用技術，幾乎沒有健康危害，例如刺激性化學品。 “這些結果表明，PTU GT1stable可以更經濟地生產工業規模的靛藍苷，有可能以略高的成本顯著降低藍色牛仔布染色對環境和社會的影響。 在建立了靛藍化學酶途徑後，研究團隊隨後評估了其作為染料的染色過程，包括酶染和光解。 在酶法過程中，通過優化反應引數，技術經濟評估（TEA）方法估算酶法染色工藝成本為02 美元，相當於傳統染色成本的 1 美元5次。 研究團隊還預計，酶染工藝有可能將牛仔布染色工藝每年的環境成本降低乙個數量級以上。 在光解過程中，光解反應的最佳pH值為17. 不受氧氣含量的影響，不依賴光。 通過優化工藝，每條牛仔褲的估計染色成本在 0 的範圍內08−0.14 美元。 如果每條牛仔褲的耗電量可以降低到0在 24 kWh（即當前實驗條件的 60%）下，光解染色將比酶法染色更具環境競爭力，並且比傳統染色更具經濟競爭力。 
圖 |牛仔布的酶解和光解印染，以及該工藝在當前條件下的相應經濟和環境影響（**上圖**）光解染色工藝有可能將藍色牛仔布染色對環境的影響降低73%，而酶染可以減少92%。 據市場分析，鑑於每年有 40 億條牛仔褲的交易，這將使全球排放量減少 35兆噸並幫助染色工人遠離有害化學物質。 總之，無論是酶促染色還是光解染色，我們預計靛藍染色將對染色廠周圍社群的宜居性和健康產生重大的積極影響。 “我們的工作展示了將生物技術和可持續發展研究相結合的力量，為可持續的藍色牛仔布印染提供了新的方向。 “材質**官方** 線上新聞 免責宣告：本文旨在傳達合成生物學最新資訊，不代表平台立場，也不構成任何投資建議和推薦，以公司官方公告為準。 本文不是**計畫推薦，如需獲得**計畫指導，請到正規醫院治療。