Н. Л. Ребрикова. Практика и перспективы использования новых технологий для защиты памятников искусства и культуры от повреждений микроорганизмами

Н. Л. Ребрикова. Практика и перспективы использования новых технологий для защиты памятников искусства и культуры от повреждений микроорганизмами

В последние годы некоторые новые методы биологических исследований и биотехнологии уже нашли применение в практике консервации, другие предлагаются как перспективные. В европейских странах все более широко идентификацию микроорганизмов проводят с помощью анализа ДНК. Молекулярно-генетические методы позволяют идентифицировать микроорганизмы в их среде обитания, что очень важно для любых микробиологических исследований. С их помощью могут быть определены микроорганизмы, которые не выделяются на наиболее часто используемые питательные среды, и даже микроорганизмы, потерявшие жизнеспособность.

Молекулярно-генетические методы внесли вклад в исследования биоразнообразия микроорганизмов, повреждающих памятники архитектуры, скульптуру на открытом воздухе, настенные росписи. Благодаря их использованию были обнаружены архебактерии, которые ранее не были известны для этих мест обитания.

Многие произведения искусства и памятники культуры имеют следы микробных повреждений, которые произошли давно. Признаки развития микроорганизмов в виде пятен, налетов, деструктивных изменений материала памятника сохраняются, а микроорганизмы, вызвавшие повреждение, вследствие неблагоприятных для них условий сначала переходят в состояние покоя, а по прошествии многих лет утрачивают жизнеспособность. С помощью молекулярно-генетических методов группе итальянских и австрийских исследователей удалось определить виды микроскопических грибов, вызвавших повреждение книги XVI в., хранившейся в одной из миланских библиотек [1]. Книга с признаками повреждения бумаги микроорганизмами в виде пигментации и деструкции целлюлозных волокон была исследована традиционными методами микробиологического анализа (микроскопическое исследование, посевы на питательные среды) и молекулярно-генетическими методами.

Повреждение бумаги исследовали с помощью световой микроскопии и особого вида сканирующей электронной микроскопии, не требующей напыления металла на образец. В результате микроскопических исследований в образцах, отобранных с поврежденных участков книги, были обнаружены конидии и аскоспоры, Хюлле клетки, клейстотеции, характерные для сумчатой стадии грибов рода Aspergillus, конидиеносцы рода Penicillium. Результаты посевов на питательные среды (сусло-агар, среда Чапека с дрожжевым экстрактом, среда для выделения ксерофильных грибов) были отрицательными.

Молекулярно-генетическими методами в пробах деструктированной бумаги (для экстракции ДНК использовали набор реактивов, применяемый для экстракции ДНК из почвы) было выявлено несколько видов микроскопических грибов, часть их, опираясь на результаты микроскопических исследований, была отнесена к случайным контаминантам. Определение молекулярно-генетическими методами в исследуемом материале A. versicolor, A. nidulans согласовывалось с результатами микроскопических исследований, их морфологические характеристики были сходны с обнаруженными структурами грибов в образцах бумаги и признаками повреждения бумаги этими видами. Развитие A. versicolor, A. nidulans и вида рода Penicillium в образцах бумаги было обнаружено как с помощью молекулярно-генетических методов исследования, так и с помощью микроскопических. Применение молекулярно-генетических методов позволило получить достоверную информацию о грибах, утративших жизнеспособность. С помощью рентгеноспектрального анализа образцов бумаги были получены результаты, поддерживающие предположение, что памятник подвергся биологической атаке в далеком прошлом, на поверхности волокон были обнаружены соединения свинца и ртути, их использование для защиты и дезинфекции бумаги было распространено в Италии в XVIII в. [1].

Молекулярно-генетическими методами были определены микроскопические грибы в пробах, отобранных с пигментированных участков рисунков на бумаге из коллекции Тиффани [2].

Они используются не только для обнаружения и определения микромицетов, но и для дереворазрушающих грибов. При отсутствии плодовых тел их надежная идентификация затруднена. В Германии для быстрой и надежной диагностики 27 видов дереворазрушающих грибов в деревянных конструкциях был разработан ДНК-чип [3]. Определение проводится с помощью специфичных олигонуклеотидных зондов, которые закреплены на поверхности стеклянной пластины и помечены флуоресцентным веществом. За один час можно определить до 27 наиболее часто встречающихся в постройках видов дереворазрушающих грибов.

На пути широкого внедрения молекулярно-генетических методов исследования микроорганизмов-биодеструкторов имеются препятствия в виде дороговизны необходимого набора реактивов, неполноты банков нуклеотидных последовательностей, особенно для грибов, содержащихся в них неверных данных. Но по мере расширения их применения в области консервации культурного наследия существующие препятствия будут постепенно устраняться.

В последнее время в биологической лаборатории ГосНИИР для определения численности микроорганизмов, присутствующих на памятниках искусства и культуры, стал использоваться биолюминесцентный анализ. Он позволяет сократить время, необходимое для проведения микробиологического исследования, универсален для всех групп микроорганизмов, благодаря высокой чувствительности пригоден для микробиологического мониторинга и оценке эффективности мер, направленных на защиту памятников от разрушения. Особенно полезен он оказался для постконсервационного мониторинга участков стенописи с низким уровнем микробной контаминации, погрешность традиционного чашечного метода в этом случае затрудняет получение достоверных результатов. Применение его в Рождественском соборе Ферапонтова монастыря позволило не только получить более точные данные по численности микроорганизмов на стенописи, но и расширить количество тестируемых участков (Табл. 1, ил. 1–3).

Таблица 1. Количество колониеобразующих единиц (КОЕ) микроорганизмов на стенописи Рождественского собора Ферапонтова монастыря (июль, август 2009 г.)

Инновационным подходом является использование культур микроорганизмов, с которыми обычно привыкли бороться, для консервации памятников, этот подход в англоязычных источниках известен как «биолечение». В Италии была проведена работа по исследованию возможности удаления животного клея, который использовался в ходе предыдущих реставрационных работ на уникальных фресках XIV в. кладбища Кампо Санто в Пизе, с использованием живой культуры Pseudomonas stutzeri или протеаз микробного происхождения [4]. В отличие от традиционных способов удаления поверхностных загрязнений, которые в данном случае были не эффективны, с помощью инновационного биологического подхода удалось получить хорошие результаты.

Следует отметить, что для удаления остатков казеина с крестов фелони Святителя Николая (композиция Успение Николы) в Рождественском соборе Ферапонтова монастыря, который был использован в ходе предшествующих реставрационных работ, был также применен, и практически в то же самое время, что и в Пизе, ферментный препарат. Результаты этой консервационной обработки стенописи были представлены на конференции ГосНИИР [11].

Для структурного укрепления ослабленного камня и заполнения трещин на скульптуре и памятниках архитектуры из известняка предлагается использовать явление осаждения карбоната кальция микроорганизмами [5]. Микробное осаждение карбоната кальция происходит в почве, пресной и морской воде, предполагается, что благодаря активности микроорганизмов образуются карбонатные осадочные породы и известняковые скалы. Кальцит образуется при осаждении кальция углекислотой, выделяемой при дыхании, брожении и окислительном разложении органических веществ самыми разнообразными микроорганизмами. Осаждение кристаллов кальцита показано в культурах сульфатвосстанавливающих бактерий, псевдомонад, бацилл, микрокков [9]. Сформировавшийся первоначально кристалл кальцита действует затем как затравка для дальнейшего отложения СаС0₃ на поверхности клетки, причем он может продолжаться и на клеточной стенке мертвой клетки, происходит инкапсулирование (обезыствление) клеток, в результате чего формируются сферические или радиально-лучистые частицы. В Италии, Франции и других европейских странах исследовались и опробовались способы биолечения памятников из известняков, предлагалось использовать как живые культуры, так и фракции бактериальных клеток, биополимеры, в результате их использования были получены положительные результаты, но укрепляющий эффект был незначительным. Эти исследования получили финансовую поддержку Евросоюза. Но широкого применения, по-видимому, эти методы в консервационной практике пока не нашли.

Другим направлением исследований является поиск принципиально новых форм биоцидов и способов биоцидной обработки, которые были бы безопасны для памятников и окружающей среды. Для защиты памятников от биодеструкции предлагается использовать биоциды нового поколения, например нанокомпозитные фотоактивные биоциды. На мраморном памятнике некрополя музея городской скульптуры в Санкт-Петербурге после проведенных лабораторных исследований были протестированы защитные покрытия, включающие наноразмерные частицы двуокиси титана. Это покрытие обладает не только антимикробными свойствами, но и способствует удалению загрязнений, которые могут служить источниками питания для гетеротрофных микроорганизмов [10].

При обследовании поврежденных микроорганизмами рукописей часто вокруг заглавных букв, знаков, элементов орнамента, написанных золотом или серебром, можно видеть зоны задержки роста микроорганизмов (ил. 4). Когда нам для исследования были предоставлены препараты на основе наночастиц серебра, мы предполагали, что они обладают высокой антимикробной активностью.

Было проведено сравнительное исследование антигрибной активности НЧ серебра и азотнокислого серебра. Изучалось действие препаратов Agl, Ag2, полученных путем биохимического синтеза, препарата Ag3 (способ получения неизвестен, НЧ стабилизированы поливинилпирролидоном) на тест-культуры грибов (Табл. 2, ил. 5–7). Антимикробная активность наночастиц серебра на два порядка превосходила активность ионов серебра, что подтвердило результаты, полученные на других тест-культурах микроорганизмов о наличии специфических антимикробных свойств у НЧ серебра.

Таблица 2. Степень ингибирования роста микроскопических грибов НЧ серебра и AgN0₃, среда Чапека

С целью поиска новых биоцидов для защиты небиостойких реставрационных материалов была исследована биостойкость традиционного осетрового клея, осетрового клея, приготовленного при специальном режиме варки, клеемелового грунта, желтковой эмульсии и темперных красок с добавками биоцидов на основе НЧ серебра и катамина АБ. Для приготовления экспериментальных образцов нами были использованы небиостойкие пигменты: желтая охра и кость жженая.

Введение в осетровый клей препаратов на основе НЧ серебра в концентрации 0,001 %, исходя из массовой доли серебра, от объема приготовленного клея приводило только к торможению развития грибов в сравнении с контрольными образцами. Через 25 дней пребывания в условиях влажной камеры развитие грибов на пленках клея с НЧ серебра было на том же уровне, что и на контрольных образцах. К сожалению, увеличить концентрацию биоцидных препаратов на основе НЧ серебра не представлялось возможным, так как они окрашивали клей в желтый цвет уже в исследованной концентрации, увеличение концентрации привело бы к еще более значительным изменениям цвета (ил. 8, 9). Клеи, содержащие препарат Ag3, который исходно был бесцветным, на свету темнели.

Катамин АБ в концентрации 0,5 % от объема обеспечивал биостойкость осетровых клеев, нанесенных на нейтральную подложку и на дерево (образцы липы) в течение 25 суток, но оказался недостаточно эффективным для защиты желтковой эмульсии красочного слоя темперной живописи. Исследованные препараты на основе НЧ серебра в использованных концентрациях не обеспечивали необходимый уровень защиты от повреждения микроскопическими грибами реставрационных материалов и красочного слоя темперной живописи. Работы по поиску новых биоцидных препаратов продолжаются.

В заключении следует отметить, что использование новых методов микробиологического мониторинга и биотехнологий поможет создать более оптимальные условия сохранения памятников истории и культуры.

Литература

1. Michaelsen A., Pinar G., Montanari M., Pinzari F. Biodeteriorarion and restoration of a 16^th-century book using a combination of conventional and molecular techniques: A Case Study // International Biodeterioration and Biodegradation, 63, 2009. P. 161–168.

2. Di Bonaventura M. P., De Salle R., Bonacum J., Koestler R. J. Tiff any’s Drawings, fungal spots and phylogenetic trees // Molecular Biology and Cultural Heritage: Proceedings of the international Congress on Molecular Biology and Cultural Heritage, 4–7 March 2003 / ed. by C. Saiz-Jimenez. Sevilla, Spain, 2003. P. 131–135.

3. Рангно Н. В., Jacobs K. и др. Диагностика домовых грибков при помощи ДНК-чипа // Иммунология, аллергология, инфектология. 2010. № 1. С. 81.

4. Ranalli G., Belli C., Baracchini C., Caponi P., Pacini P., Zanardini E., Sorlini C. Deterioration and bioremediation of fresco: A case-study // Molecular Biology and Cultural Heritage: Proceedings of the international congress on molecular biology and cultural heritage, 4–7 March 2003 / ed. by C. Saiz-Jimenez. Sevilla, Spain, 2003. P. 243–246.

5. Tiano P. Biomediated Calcite Treatments for Stone Conservation // Molecular Biology and Cultural Heritage: Proceedings of the International Congress on Molecular Biology and Cultural Heritage, 4–7 March 2003 / Ed. by C. Saiz-Jimenez. Sevilla, Spain, 2003. P. 201–208.

6. Barabesi C., Salvianti F., Mastromei G., Perito B. Microbial Calcium Carbonate Precipitation for Reinforcement of Monumental Stones // Molecular Biology and Cultural Heritage: Proceedings of the International Congress on Molecular Biology and Cultural Heritage, 4–7 March 2003 / Ed. by C. Saiz-Jimenez. Sevilla, Spain, 2003. P. 209–212.

7. Bagwell S. The Beauty of Science: New Technologies in art restoration // Illumin: A Review of engineering in everyday life. 2004. V. 6. Issue I. P. 1–4.

8. Hoke C. Technology & Tools Used in Art painting restoration // eHow. 2010. April 14: http://www.ehow.com/list_6299209_technology-used-art-painting-restoration.html

9. Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. М.: Изд-во «Московский университет», 1989. С. 220.

10. Власов Д. Ю., Франк-Каменецкая О. В., Маругин А. М., Рябушева Ю. В., Тимашева М. А., Шилова О. А., Хамова Т. В., Челибанов В. П., Долматов В. Ю., Рытикова В. В. Новые принципы защиты памятников из камня от биологических повреждений // Памятники. Вектор наблюдения. СПб., 2008. С. 62–66.

11. Лелекова О. В. Из опыта работ в соборе Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря // Исследования в консервации культурного наследия: Материалы Международной научно-практической конференции. Москва, 12–14 октября 2004 г. М., 2005. С. 159–164.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.