Микроорганизмы как враги и союзники в мире сохранения произведений искусстваМикроорганизмы как враги и союзники в мире сохранения произведений искусства
Искусство - неотъемлемая часть человеческой цивилизации. Художественные реликвии, от каменных памятников до монументальных картин, дают возможность заглянуть в жизнь тех, кто жил раньше.
Однако искусство - это не только свидетельство человеческого творчества; оно также является домом для разнообразных сообществ микроорганизмов, включая многочисленные виды бактерий и грибов. Разрушая все - от камня до пигментов краски, эти микроорганизмы представляют угрозу для бесценных произведений искусства и артефактов. К сожалению, стратегии предотвращения и уменьшения такого "биоповреждения" часто включают химическую обработку и могут быть вредны для самих произведений искусства, что делает их менее идеальными вариантами для сохранения.
Как ни странно, именно здесь в игру вступают определенные микроорганизмы, которые не разрушают произведения искусства, а восстанавливают их, способные укреплять размягчающийся камень или разъедать грязь, на потускневших картинах. В результате, хотя некоторые микробы могут быть бичом существования хранителей искусства, другие могут стать их ближайшими союзниками.
Микробы как разрушители искусства: биодеструкция
Биодеструкция - это процесс, при котором микробный метаболизм вызывает нежелательные изменения свойств материального объекта. В мире искусства такие изменения могут быть эстетическими (например, обесцвечивание пигментов на картине) или структурными (например, деградация каменных памятников или пузырение краски на фресках). Эти проявления биодеструкции часто идут рука об руку. Но структурные отклонения, скорее всего, изменят внешний вид произведения.
На возникновение и прогрессирование биодеструкции влияет взаимодействие микроорганизмов друг с другом, окружающей средой и самим предметом искусства. В этом процессе участвует множество организмов, из них наиболее хорошо изучены бактерии и грибки. Хотя множество факторов формируют микробные сообщества, сосуществующие на данном произведении искусства, тип и возраст субстрата имеют решающее значение. Например, несмотря на возможное совпадение, микробы, населяющие картину, богатую органическими материалами, такими как холст, пигменты и клей, будут отличаться от микробов, населяющих каменные фрески, которые в основном состоят из неорганических материалов и поэтому требуют особых метаболических возможностей для извлечения питательных веществ и выживания.
Хотя базовый субстрат произведения искусства помогает охарактеризовать идентичность его первоначальных микробных колонизаторов, биохимические реакции, катализируемые определенными видами микроорганизмов, могут изменять субстрат таким образом, что это способствует дальнейшей колонизации другими видами. Биопленки представляют собой особую неприятность при реставрации произведений искусства; экстраполимерное вещество, в которое они заключены, служит ловушкой для загрязняющих веществ, которые могут быть вредны для произведений искусства, особенно на открытом воздухе. Кроме того, биопленки липкие и трудноочищаемые, производят разрушающие молекулы и защищают микробы от нападения.
Сообщества разрушающих микробов также сильно зависят от среды, в которой находится предмет искусства. Такие факторы, как температура, влажность и вентиляция, способствуют и модулируют рост одних микробов и подавляют другие. Кроме того, люди прямо или косвенно создают условия, способствующие выживанию организмов, которые повреждают внешний вид и структуру произведения искусства. Например, загрязнение воздуха, связанное с деятельностью человека, обеспечивает питательные вещества, которые прилипают к каменным объектам и поддерживают рост микроорганизмов.
Методы художественной реставрации
В конечном итоге, способность микроорганизмов ослаблять и разрушать предметы искусства означает, что контроль и устранение таких разрушительных организмов имеет решающее значение для сохранения художественных реликвий. В помещениях, таких как музеи, тщательно контролируются условия, включая температуру и влажность, чтобы минимизировать риск роста микроорганизмов. Однако строгий контроль окружающей среды менее возможен на открытом воздухе. Поэтому предотвращение биодеструкции зависит от регулярного мониторинга и быстрого реагирования на проблемные микробы.
Полностью устранить "биодетерриогены" из произведений искусства - дело непростое. При выборе стратегии борьбы с ними необходимо учитывать множество факторов, включая степень опасности для человека и окружающей среды, универсальность применения, экономическую целесообразность и экологические требования. Наиболее распространенные методы включают химическое, механическое и физическое разрушение микробных консорциумов, и все эти методы сопряжены с определенными рисками.
Например, химическая обработка произведений искусства биоцидами и фунгицидами является дешевой, эффективной против широкого спектра организмов и может применяться в отдаленных районах. Однако эти химикаты могут быть токсичными, неэффективными при длительном использовании и могут способствовать развитию устойчивых к биоцидам микробных сообществ. Механические методы требуют использования инструментов, таких как щетки, скальпели, пылесосы и мойки высокого давления для удаления загрязнений с художественных поверхностей. Эти методы позволяют обойтись без использования опасных химикатов, но они могут нанести вред определенным видам произведений искусства и даже загнать микробы вглубь субстрата. Например, мойка камня под давлением может загнать микроорганизмы в его трещины. Облучение произведений искусства гамма-излучением или лазером оказалось успешной тактикой уничтожения микроорганизмов и, как и механическое разрушение, не требует применения вредных соединений. Однако эти методы являются дорогостоящими и требуют привлечения специализированного персонала, что снижает их доступность.
Поскольку ни один метод уничтожения не является идеальным, а потребность в щадящих, эффективных и экономичных методах реставрации существует, специалисты по сохранению произведений искусства все чаще обращаются за решением проблемы к тем самым микробам, с которыми они пытаются бороться.
Микробы как реставраторы произведений искусства: биореставрация.
Микробный метаболизм может быть использован для смягчения биодеструкции и борьбы с последствиями атмосферного воздействия и накопления осадка на предметах искусства. Примечательно, что по сравнению с традиционными методами реставрации, микробы дешевле, менее инвазивны, очень специфичны и легче поддаются контролю. Более того, по своей эффективности "биореставрация" может превзойти другие тактики. Сравнивая химические, лазерные и микробные методы очистки для удаления сернистого налета, который часто образуется на камне в загрязненной среде, из Флорентийского собора, ученые пришли к выводу, что микробы - лучший выбор.
Существует несколько способов использования микробов для реставрации произведений искусства. Биочистка включает в себя нанесение микробов непосредственно на предметы искусства, где они метаболизируют проблемные отложения, включая органические вещества и соли, чтобы удалить их с произведения искусства. В ряде исследований оценивалась полезность этой техники, включая недавний отчет, в котором бактерия Pseudomonas stutzeri штамм A29, и ранее превозносимая за свой потенциал биоочистки, была использована для успешной очистки почти 400-летней настенной живописи в музеях Ватикана и куполе Пизанского собора в Италии. Биоочистка также была использована для удаления граффити с весьма многообещающими результатами.
Помимо метаболического очищения камня, микробы также укрепляют его. Такие виды бактерий, как Desulfovbrio и Bacillus, производят скопления кальция, которые укрепляют разрушающийся камень. Это называется "биоконсолидация", и это один из наиболее хорошо изученных способов восстановления произведений искусства из камня с помощью микроорганизмов. Например, исследователи выделили бактерии из каменных блоков в монастыре Сан-Херонимо в Гранаде, Испания. Определив способность бактерий к биоминерализации, они нанесли перспективные изоляты на камень. Благодаря образованию обильного карбоната кальция в течение 2 лет наблюдалось отличное укрепление поверхности. Эти микробы были хорошо адаптированы к состоянию данного камня в условиях монастыря, что говорит о потенциале местных микроорганизмов для биоконсолидации.
Помимо вышеперечисленных тактик, исследователи используют антагонистические отношения между микробами и/или их секреторными продуктами для уничтожения разрушающих организмов. Особое внимание в этом отношении привлекают виды Bacillus, поскольку они производят широкий спектр метаболических продуктов с антимикробным потенциалом, включая противогрибковые пептиды и липопротеины, среди прочих. В нескольких исследованиях проверялась применимость Bacillus для ингибирования роста микробов, обитающих в краске. Одно исследование показало, что споры Bacillus (а именно B. subtilis, B. pumilius и B. megaterium) почти полностью подавляют рост грибков и бактерий, выделенных из мольберта XVII века. В другом отчете из чистых культур видов Bacillus были выделены вторичные метаболиты, включая биоциды и липопротеины. Эти соединения сдерживали рост грибков, полученных из биодеградированных настенных росписей. Важно отметить, что через 5 месяцев обработка не повлияла на внешний вид репрезентативных фрагментов фресок, что говорит о том, что это достаточно безопасный метод. Тем не менее, необходимо провести дополнительную работу, чтобы убедиться, что такие методы биоконтроля не оказывают негативного влияния на предметы искусства в процессе их обеззараживания.
Отношения между искусством и микробами - сложная тема, и нам еще многое предстоит узнать как о биодеструкции, так и о биореставрации. Благодаря достижениям в области секвенирования ДНК, большинство работ до сих пор было посвящено каталогизации микробов, населяющих произведения искусства. Меньше исследований было проведено для понимания метаболических функций этих микроорганизмов применительно к биодеструкции. Более того, не все микробы на произведениях искусства представляют угрозу, некоторые из них даже полезны.
Чтобы устранить существующие пробелы в знаниях, некоторые исследования использовали профилирование сообществ на основе РНК или метаболомный анализ для выявления генов и соединений, связанных с повреждением. В конечном итоге, комплексный подход в сочетании с функциональным анализом позволит получить наиболее полное представление о разрушительном потенциале микробов на различных произведениях искусства. Более того, мониторинг и связь изменений в микробных сообществах с составом субстрата и условиями окружающей среды с течением времени будет иметь важное значение для определения наилучших методов деконтаминации.
Успех биореставрации дает стимул для выявления новых микроорганизмов с многообещающим реставрационным потенциалом и определения контекстов, в которых эти микробы могут и должны применяться. Разработка эффективных формул и методов, которые используют реставрационные микробы для предотвращения роста деструктивных микроорганизмов, не повреждая при этом произведения искусства, является приоритетной задачей. Эффективность, полезность и экономическая целесообразность таких методов также будут иметь большое значение.
В частности, недавно ученые создали агаро-газовый гель, обогащенный жизнеспособными бактериями для очистки настенных картин, который вызвал значительное уменьшение органических веществ на картинах всего за 3-12 часов после обработки. Другая группа разработала процесс сухой биоочистки, в котором обезвоженные дрожжевые клетки наносились на каменные произведения. Вода, естественным образом присутствующая в камне, регидратировала клетки для метаболизма накопленных веществ; испытание на Quattro Fontane в Риме показало впечатляющий потенциал.
В целом, узнав больше о микробах, которые колонизируют произведения искусства, мы будем лучше оснащены для борьбы с ними и, возможно, для дружбы с ними.
