他心动过缓、昏迷不醒，且不时因脑缺氧而癫痫发作。医生怀疑他中毒了，但对究竟是因何中毒却一筹莫展。令情况更加扑朔迷离的是，不久就来了另一位患者，名为Chin Ling，他的症状与Matt可以说是一模一样，但他们并不是邻居，在学校也没有什么交集。然而，对于医生，找到二者共同点才可能解开疾病背后的谜题。有毒物质是如何进入他们体内的？如果不是吸入，那最有可能就是通过皮肤吸收了。但他们洗浴用品不同，护肤品也不一致，最终医生在他们家里找到了同一款洗衣液——应该是它了，只要分析这款洗衣液里的化学物质，也许就能接近真相了。医生兴冲冲地去问Chin的家人，患者发病当天穿的衣服是不是用房间里那款洗衣液洗过。但奇怪的是，Chin那天的衣服就没洗过。那Matt呢？他穿的似乎是破旧的牛仔裤。医生急忙赶到地下室找Matt那天穿的牛仔裤，其中也许就藏着他们想知道的秘密。
靛蓝
现在，每个人的衣橱里至少都有一件牛仔裤，尤其是经典的蓝色牛仔裤。它们主要由靛蓝（indigo）染色。但我们回看历史会发现，几个世纪前，只有皇室和贵族才买得起靛蓝这一神秘的染料。那时，并非人人都能有一件靛蓝染制的衣服。如今，牛仔裤能成为永不过时的经典，很大程度上要归功于莱维·施特劳斯（Levi Strauss）和他的伙伴雅各布·W.戴维斯 (Jacob W. Davis)。大约140年前，随着工人对耐穿工作裤的需求增大，施特劳斯和戴维斯抓住机会，发明了一款结实耐磨的蓝色牛仔裤。它们由耐用的牛仔布制成，用靛蓝染色，口袋还用铆钉加固，很快受到工人们的欢迎。后来，这种牛仔裤也征服了全世界。就这样，曾经尊贵的靛蓝色走入了普通家庭。但制作Matt身上那件牛仔裤所用的染料大概与施特劳斯和戴维斯当时使用的不同。那时，人们还主要依赖植物产生染料。但现在，我们用到的靛蓝几乎都是合成靛蓝了。
数千年来，我们的祖先一直在用木蓝或菘蓝的叶子制作靛蓝。但随着工业化的发展，一些科学家意识到了合成染料的潜力，其中就有一位德国化学家——阿道夫·冯·贝耶尔（Adolf von Baeyer）。贝耶尔于1865年开始研究靛蓝的合成，并于20世纪70年代确定了靛蓝的结构。而后，他与化学品生产商巴斯夫（BASF）公司合作，不断改进靛蓝的合成工艺，试图实现大规模工业化应用。
工业上常用的靛蓝合成路径。图片来源：University of New Brunswick
1897年，他们成功了。那一年，巴斯夫出售了第一款合成靛蓝。到约1914年，近95%的天然靛蓝生产不见了踪影。人们很快认识到，纯度较高且低成本的染料，不大可能从植物中得到。
如今，全球各地的工厂每年能生产数万吨靛蓝，其中大部分被用于给牛仔布染色。靛蓝是目前已知唯一能够让牛仔裤呈现经典蓝色的分子。到2020年，全球牛仔服装市场价值已达到约635亿美元。牛仔行业也带来了众多就业机会。但近些年，一些地方却在关停印染厂。
关停的背后
我们知道，广州市增城区新塘镇是国内重要的牛仔裤产区，全国60%以上的牛仔服装都出自新塘，全国出口的牛仔服装有40%来自新塘。业务巅峰时，全球约每3条牛仔裤，就有1条来自这里。
然而，新塘镇内东江河段的水已成了蓝黑色，伴随着这些深色水流的，还有一股奇怪的异味。事实是，牛仔裤产线上含有很多对人类有害的物质，而工人们也许根本没有好的防护。在靛蓝的生产工艺中，目前往往以苯胺（石油裂解产物）作为起始原料，还会使用大量氰化物和甲醛。此外，工业上还常用腐蚀性的连二硫酸钠，将不溶于水的靛蓝转化为可溶于水的靛白（leucoindigo），以便上色。这一系列化学过程会消耗大量能量和水，而由此产生的废水会在没有严格监管下流入溪流，污染环境。不过，随着环保政策越来越严格，许多生产合成染料的工厂都面临关停的风险，比如2017年，国内就有近70%的印染厂被通知关停并接受检查。这让学界和业界思考，有没有更绿色的靛蓝合成工艺？
回到植物……
对此，美国加利福尼亚大学伯克利分校的生物工程学教授约翰·多伊贝尔（John Deuber）团队决定回到植物本身，向植物学习如何生产更“绿色”的靛蓝。植物实际上制造的是一种名为“尿蓝母”（indican，一端为葡糖糖基）的无色分子，而不是直接产生靛蓝，这种分子存在于植物细胞的液泡中。同时，植物叶片的叶绿体中还有β-葡萄糖苷酶，能用于释放葡萄糖。由于这两种成分出现在细胞的不同细胞器中，因此二者不会发生反应。只有在揉搓叶片或是用化学方法破坏叶片时，尿蓝母和β-葡萄糖苷酶才会接触，使得前者发生水解，变成吲羟（indoxyl）。碾碎植物的叶子，几秒钟后绿色的叶子就会变成蓝色，这是吲羟氧化生成了靛蓝。多伊贝尔团队经过调查，发现了植物用来制造尿蓝母的酶，并确定了编码这种酶的基因。然后，他们改造了大肠杆菌，使其能够在体内表达这一基因。换句话说，他们要把这种细菌变成生成靛蓝的机器。接着，研究人员会从培养基中收集尿蓝母，并将其添加到纱线中，然后向溶液中加入β-葡萄糖苷酶，使尿蓝母水解，最终形成靛蓝，实现对纱线的染色。这样的方法不需要使用基于石油的原料，另外由于尿蓝母是水溶性，也就不再需要腐蚀性的化学试剂。Tammy Hsu曾是多伊贝尔的博士生，也是这项于2018年发表在《自然·化学生物学》（Nature Chemical Biology）杂志上研究的第一作者。毕业后，她与伙伴共同创建了一家公司，专注于将这项技术实现工业化应用。未来几年，他们的目标是将靛蓝生产规模扩大到数千至数万升，以便进一步开展大规模试验。丹麦技术大学的迪特·赫德丹·韦尔纳（Ditte Hededam Welner）团队也有类似想法。除了通过水溶性尿蓝母来产生靛蓝外，他们还有一个胆大的想法：将浸有尿蓝母的牛仔裤置于阳光下，通过阳光照射，而不是葡萄糖苷酶，来将尿蓝母转化为靛蓝，实现对牛仔裤的上色。这项今年发表于《自然·通讯》（Nature Communications）的研究发现，相比于传统工艺，光驱动染色可以将对环境的破坏减少约73%，当然使用酶的效果会更好，这一比例会变成92%。无论是塑料，还是染料，我们都在试图挽救人工合成化学分子给环境带来的危害，而合成生物学似乎能够帮助我们充分利用大自然的“工具箱”，在环境保护与工业生产之间取得平衡。对于Matt，他发病那天穿的牛仔裤虽然看起来旧旧的，但几乎崭新的吊牌显示这条裤子尚未下过水。而医生也确实从这件牛仔裤中检测到了一些有毒化学物质。穿之前洗一洗，也许就能避免中毒了。https://www.scientificamerican.com/article/earth-has-more-than-one-moon/https://www.nature.com/articles/s41467-024-45749-3#Sec6
https://dueberlab.berkeley.edu/wp-content/uploads/nchembio.2552-1.pdf
https://phys.org/news/2024-02-dyeing-method-jeans-toxic-problem.html
https://www.cnet.com/science/the-surprising-science-of-blue-jeans/
https://cen.acs.org/environment/green-chemistry/Tinctorium-cofounder-Tammy-Hsu-wants/97/i44
https://cen.acs.org/business/consumer-products/new-textile-dyeing-methods-make/96/i29
https://www.nature.com/articles/d41586-018-00103-8
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1905/speedread/
https://denimhunters.com/history-of-jeans-1/
https://medium.com/@tsbojer/the-history-of-indigo-dyeing-and-how-it-changed-the-world-35c8bc66f0e9https://www.unb.ca/fredericton/science/_assets/documents/chemistry/indigo.pdf
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