Opere d’arte: biodeterioramento e biorestauro

I beni culturali e le opere d’arte sono quotidianamente esposti all’insulto di agenti biologici che possono provocarne il deterioramento. In questo campo la figura del biologo è di estrema importanza, come ci spiega il Prof.Franco Palla dell’Università degli Studi di Palermo

Franco Palla.

A novembre 2011 si è svolta a Roma la giornata di studio “Il biologo nella salvaguardia dei beni culturali: attualità e prospettive” organizzata in partnership dall’Ordine Nazionale dei Biologi (ONB) e l’Istituto Nazionale per la Grafica (ING). Con questa giornata si è siglato l’accordo tra i due Enti con lo scopo di integrare la figura del biologo nella salvaguardia del patrimonio artistico. La figura del biologo è infatti di primaria importanza per la progettazione, ricerca e organizzazione sul piano teorico, sperimentale e pratico per la realizzazione di metodi di analisi, strumentazione analitica e individuazione di processi applicativi nel campo del biodeterioramento e del biorestauro.  Ci parla dell’importanza della figura del biologo in questo campo e del lavoro che esso svolge il Prof. Franco Palla, docente presso l’Università degli Studi di Palermo, Dipartimento di Biologia Ambientale e Biodiversità (DAB).

Come può essere realizzata l’identificazione delle specie microbiche coinvolte nei processi di biodeterioramento dei diversi manufatti di natura organica e inorganica? quali sono i manufatti maggiormente colpiti?

Quando parliamo di microrganismi deteriogeni per i beni culturali, ci riferiamo a generi e specie microbiche ambientali, organizzati in consorzi complessi, e la cui completa identificazione risulta spesso difficoltosa. L’identificazione delle specie microbiche, deve essere programmata in base alle caratteristiche dei materiali costitutivi delle opere d’arte, e può avvenire mediante protocolli che ricorrono: all’uso di indagini microscopiche (microscopia ottica, a fluorescenza, elettronica a scansione); alle colture in vitro su terreni nutritivi agarizzati; alle metodologie molecolari, basate sull’analisi del DNA del genoma microbico. Il biodeterioramento dei manufatti di natura organica costituisce un rilevante problema in archivi, biblioteche, musei ed è strettamente correlato con i parametri climatici degli ambienti in cui i manufatti sono conservati, esposti e fruiti. Senza dubbio i manufatti di natura organica possono essere facilmente colonizzati dai microrganismi eterotrofi (funghi, batteri) oltreché da insetti, in particolare se nell’ambiente in cui si trovano le condizioni climatiche (temperatura, umidità) oltre l’illuminamento, ne facilitano lo sviluppo. I manufatti lapidei sono colonizzati da microrganismi autotrofi, che svolgendo il ruolo di primi colonizzatori, permettono l’istaurarsi delle condizioni favorevoli per successive colonizzazioni da parte anche di microrganismi eterotrofi. In tutti i casi funghi e batteri aggrediscono i materiali costitutivi del manufatto con i prodotti del loro metabolismo come acidi organici e inorganici, pigmenti, enzimi e agenti chelanti”.

Per poter stabilire il corretto rapporto tra il processo di deterioramento e le colonizzazioni microbiche, è necessario che l’identificazione delle specie sia esatta ed più completa possibile. Può spiegarci i limiti e i vantaggi della definizione dei profili morfologici, biochimici e biomolecolari?

Riferendoci ai tre protocolli metodologici d’indagine citati, possiamo dire che le indagini microscopiche, quando possibile, permettono la caratterizzazione morfologica delle specie microbiche che costituiscono una patina biologica (o biofilm), basata sulla definizione del profilo morfologico delle colonie, così come le colture in vitro. Con queste tecniche possiamo identificare il genere microbico. Inoltre, i microbiologi evidenziano che in laboratorio è possibile coltivare solo una minima parte (1-2%) delle specie microbiche, sia perché non si è in grado di ripristinare le condizioni ottimali di crescita, sia perché la maggior parte dei microrganismi ambientali sono definiti “non–coltivabili. Le biotecnologie, basate sull’analisi della molecola del DNA genomico microbico, hanno fornito in questi ultimi anni procedure innovative, rapide e specifiche, che completano la ”diagnostica” del biodeterioramento dei beni culturali permettendo l’identificazione microbica sia a livello di genere sia di specie. La possibilità di identificare i sistemi biologici, complessi come l’uomo o semplici come i batteri, mediante indagini molecolari si basa sulla possibilità di “amplificare” in laboratorio e “sequenziare” specifiche porzioni del DNA genomico in cui è scritto il “nome” e il “cognome” dell’individuo. Con questo intendo dire che le sequenze (il susseguirsi delle quattro basi azotate, A-T-C-G, lungo il filamento del DNA) di specifiche regioni, definite marcatori molecolari, ci permette distinguere singoli individui anche in consorzi microbici complessi. Il termine “amplificare” si riferisce alla tecnologia molecolare, nota come Reazione a Catena della Polimerasi (PCR), che permette in un paio d’ore di ottenere sino a un miliardo di copie, iniziando da appena due molecole bersaglio. Dei frammenti di DNA così ottenuti vene determinata la composizione in basi (sequenza) e ricorrendo a piattaforme informatiche dedicate (rese disponibili dal recente sviluppo della Bioinformatica) è possibile comparare le sequenze dei nostri campioni con quelle corrispondenti ai numerosi genomi microbici depositati nelle banche dati internazionali. La potenzialità della tecnica PCR, permette quindi di utilizzare minime quantità di campione da prelevare dai manufatti, di ottenere risultati specifici e completi, in tempi brevi, compatibili con la realizzazione di un intervento di restauro conservativo”.

Quali danni possono portare i microorganismi sui manufatti? quali sono i taxa maggiormente ritrovati?

È possibile distinguere le specie microbiche che colonizzano le superfici inorganiche da quelle che colonizzano manufatti organici. Il materiale inorganico può mettere a disposizione dei microrganismi solo alcuni Sali e una definita quantità d’acqua, strettamente correlata alla porosità della superficie. Quindi nelle prime fasi della colonizzazione di questi manufatti, le specie microbiche sono foto o chemio-autotrofe, cioè in grado di sintetizzare autonomamente le molecole necessarie per il loro sviluppo, grazie all’energia ottenuta o per la presenza nelle loro cellule di pigmenti fotosintetici, o da reazioni chimiche. Solo in fasi successive possono insediarsi specie eterotrofe. Invece, manufatti organici sono colonizzati da specie microbiche eterotrofe, cioè che necessitano di un substrato “nutrizionale” già disponibile e utilizzabile per i loro processi metabolici. Classico esempio è la cellulosa, una delle molecole che compongono la carta, che costituisce un’ottima fonte di atomi di carbonio per numerose specie batteriche e fungine. I taxa microbici sono numerosi, ma molto di più sono quelli che ancora devono essere identificati e l’analisi molecolare ha già dato risultati in questa direzione.

Una volta determinati i taxa presenti, come si interviene? quali sono gli approcci di biorestauro possibili? come intervengono le biotecnologie in questo processo?

Se le indagini evidenziano la presenza di taxa microbici che non costituiscono un rischio immediato di deterioramento, rientrando quindi nel così detto “Indice di Attenzione”, sono attivate una specifica tipologia di procedure. Le indagini diagnostiche saranno ripetute in maniera costante e se i manufatti sono esposti/conservati in un ambiente confinato, si attua un controllo indiretto della crescita microbica mantenendo i valori di temperatura, umidità relativa e illuminamento nei parametri suggeriti da specifiche norme. Invece se sono identificati taxa microbici in grado di indurre il biodeterioramento del manufatto, “Indice di Rischio”, si ricorre a trattamenti in atmosfere modificate o all’uso dei biocidi. Quest’ultimi, principalmente derivati dell’ammonio quaternario, possono avere un impatto sull’operatore e sull’ambiente. In quest’ottica le biotecnologie possono intervenire con molecole che mostrano attività antibatterica e antifungina, estratte da organismi marini, con impatto zero sull’operatore. Questo è un progetto che stiamo sviluppando, all’interno di un pool scientifico inter-disciplinare, in alcuni dei dipartimenti dell’Università di Palermo. Con alcuni colleghi del Dipartimento di Biologia Ambientale e Biodiversità stiamo saggiando, infatti, la possibilità, già confermata in campo biomedico, di utilizzare delle proteine che mostrano un’elevata proprietà antimicrobica, nei confronti di batteri e funghi. L’ipotesi scientifica è di mettere a punto dei biocidi, utilizzabili per il controllo delle colonizzazioni microbiche su opere d’arte, che non abbiano un impatto sia sul manufatto, sia sull’operatore che sull’ambiente.

È importante caratterizzare i taxa non solo sui manufatti ma anche nell’ambiente circostante? oltre che sui manufatti, possono esserci danni indotti anche sugli individui?

L’identificazione delle specie microbiche presenti sulla superficie permette di definire il potenziale rischio di deterioramento del manufatto (indice di Rischio) ma, per gli ambienti confinati dove sono esposti/conservati manufatti di origine organica, altrettanta attenzione deve essere riposta anche al monitoraggio e alla caratterizzazione dei microrganismi presenti nell’aerosol. Sia i batteri che i funghi sono infatti in grado di rilasciare nell’ambiente i prodotti delle loro attività metaboliche, come allergeni, tossine, parti delle strutture cellulari, tutte molecole potenzialmente pericolose per la salute di fruitori e operatori. Dunque il monitoraggio del rischio biologico in tutti gli ambienti indoor è non solo estremamente importante per una completa e corretta valutazione del rischio di biodeterioramento, ma anche necessario (come ben definisce anche la legge 81/08) per salvaguardare la salute di chiunque sosti negli ambienti chiusi. Il biologo per i beni culturali è una delle figure scientifiche che permette, insieme ai chimici, fisici, storici dell’arte, restauratori, di attuare una corretta conservazione o manutenzione conservativa del patrimonio culturale. Per queste ragioni ci si sta muovendo verso una serie di interventi programmatori per far convogliare l’attenzione dei biologi (attraverso master, protocolli di intesa) sul tema e per creare nuove figure professionali specializzate.

di Caterina Lucchini

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