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UN
Le biotecnologie per i Beni Culturali: una sfida per l’innovazione e un’opportunità per un nuovo mercato di prodotti
Anna Rosa Sprocati
Workshop Tecnologie e prodotti BIO-based per strategie sostenibili, ENEA 27 marzo 2015
• Riconoscendo la natura fragile del nostro patrimonio culturale e la sua eredità inestimabile, la Carta di Venezia (1964) ha reinterpretato i principi di conservazione, individuando una serie di principi fondamentali.
• I principi di reversibilità e/o replicabilità sono stati sostituiti da principi di compatibilità e ritrattabilità, che rappresentano una strategia di conservazione più sostenibile.
• Questi cambiamenti richiedono un diverso approccio nella ricerca scientifica e tecnologica per il patrimonio culturale (Parlamento europeo, Direzione generale per la ricerca - 2001).
• Towards an integrated approach to cultural heritage for Europe Brussels, 22.7.2014 COM(2014) 477 final
• Le biotecnologie microbiche rispondono a tali esigenze, presentando alcuni vantaggi rispetto ai tradizionali metodi chimico-fisici: Efficacia e selettività, Compatibilità ambientale, Bassi costi di applicazione, Bassa aggressività per l’opera, Tutela della salute dell’operatore, Assenza di problemi etici
• Determinare quali microrganismi sono naturalmente in grado di colonizzare quel monumento nel corso del tempo,
• Stabilire una base ragionevole per lo sviluppo di protocolli di monitoraggio per la prevenzione del biodeterioramento e la salvaguardia del monumento
STUDIO MICROBIOLOGICO
CONSERVAZIONE e RESTAURO
• Sfruttare positivamente questi
microrganismi, come risorsa per
lo sviluppo di nuove applicazioni
biotecnologiche nel campo della
conservazione e del restauro
(BioRESTAURO)
DIAGNOSTICA
La conservazione del patrimonio culturale e fisico del pianeta deve essere ricercata nel duplice ruolo fisiologico dei microorganismi:
ENEA-laboratory strain collection
SOLUBILIZZAZIONE/
BIODEGRADAZIONE
BIOMINERALIZZAZIONE
Biodeterioramento /
Biopulitura Biodeterioramento/
Bioconsolidamento
ENEA-laboratory strain collection
BIORESTAURO
“ENEA-Lilith” laboratory strain collection
DUPLICE RUOLO DEI MICRORGANISMI
Funzione:Biodegradazione
Applicazione: Biopulitura
di film e patine di origine organica
Gommalacca
invecchiata Colle invecchiate Degradazione
Proteine
Funzione: Precipitazione di cristalli
Applicazione: Nuovi materiali per
Bioconsolidamento Calcite Idrozincite AA-Hazenite
Funzione:Solubilizzazione
Applicazione: Pulitura di patine
e croste
CaSO4.2(H2O) [PO4]
3- CaCO3
Funzione: Produzione di molecole SACs
Applicazione: Rimozione di depositi patine
“grasse” su opere policrome mobili e dipinti
Proprietà antimicrobiche per controllo dei biodeteriogeni Bioemulsionante Bio-Z prodotto
dal ceppo MCC-ZE Pedobacter sp.
Funzione: Produzione di siderofori
Applicazione: Rimozione di composti di ferro
Casi studio
Le attività in corso presso l’ENEA fanno uso di batteri spontanei,
non patogeni, preferibilmente non sporigeni
Collezione di laboratorio
“ENEA-Lilith”
Sono rivolte a problematiche per cui non esistono ancora soluzioni pienamente adeguate, o necessitano di miglioramenti rispetto a costi, fattibilità e sicurezza, sia per gli operatori che per le opere d'arte.
Ricerche/Applicazioni ENEA
Collaborazioni :Soprintendenza per l’Etruria Meridionale, Soprintendenza speciale per i Beni Archeologi
di Roma, Istituto Nazionale per la Grafica, ICRPAL, ISCR, Venaria Reale, Galleria GNAM Rodolfo Corrias,
GRS-Musei Vaticani,
Restauratori: Adele Cecchini e Franco Adamo, Lorenza D’Alessandro, Consorzio ARKE’
Ceppi batterici calcinogenici
Tra i ceppi in grado di precipitare calcite, i generi Microbacterium, Ochrobactrum, Stenotrophomonas e Lysobacter
CASI STUDIO
di Biopulitura
Carta-colle
Marmo-idrocarburi/cere
Affreschi-colle viniliche
Legno-colletta
Innovative microbe-based procedure
for the removal of deteriorated animal
glues from paper materials
Nicoletta Barbabietola, Flavia Tasso, Chiara Alisi,
Paola Marconi and Anna Rosa Sprocati
• “Istituto Nazionale per la Grafica”
Dr. Giovanna Pasquariello, D. Maria Antonella Fusco, Dr. Fabio Fiorani
• Dr. Flavia Pinzari –ICRPAL “Istituto Centrale per la Conservazione del
Restauro del Patrimonio Archivistico e Librario”
• Dr. Daniela Ferro- University of Roma “Sapienza”
Available methods and drawbacks
•Mechanical cleaning : brushes, erasers in bar
granulated or powder form, glass or nylon
fibre brushes, clay powder
•Cleaning with non-aqueous solvents,
hexane, petroleum ether, toluene, chloroform,
dichloromethane, acetone, alcohol and petrol.
•Bleaching hypochlorites, chloramine T and
chloramine B, sodium chlorite, potassium
permanganate, hydrogen peroxide
•Washing. with the use of specific substances,
such as detergents, colloidal agents or
enzymes
•Too aggressive for the
integrity of paper, because
they produce holes and tears
on the graphic object
•High toxicity, fire and
explosion risks, excessive
dehydration of the paper
•It weakens cellulose
appreciably, sometimes to the
point of complete
disintegration, especially in the
case of modern documents
.
Rubbit glue Control Cervione glue
CNTRL CNTRL
Potential for Cellulolytic Activity
Growth on glue as sole carbon source
Biocleaning with the strain Ochrobactrum sp.TSNRS15E
Including the bacterial cells into a 1% agar gel
Removing the swollen glue from the specimen surface by a dry sterile swab
Specimens kindly supplied by the Italian Istituto Nazionale per la Grafica
18H
Untreated
4H
CTR 18H
(agar)
SEM Images
TSNRS15E
Evaluation of the treatment efficacy
Biopulitura su marmo/
particolato carbonioso
GNAM: La Lupa, Giuseppe Graziosi
Statua esposta all’aperto per 40 anni, con alterazione cromatica del marmo dovuto a
particellato atmosferico e alla crescita di licheni e funghi
Dopo pulitura tradizionale il lato destro presenta macchie dovute
probabilmente alla penetrazione di inquinanti organici all’interno della matrice
cristallina
Degradatori di idrocarburi
• Exiguobacterium
sp.LAM23
• Bacillus cereus LAM30
• Bacillus subtilis OSS42
Impacchi successivi di laponite
contenente il consorzio di batteri
tecniche tradizionali + biopulitura
GNAM Testa di donna, Emilio Quadrelli
Marmo/
Grassi
e cere
GNAM –prima e dopo biopulitura con A. calcoaceticus LAM 21E
26.90
GOMMALACCA
Colombini et al,2003
1 g
3 gg
6 gg
T 0
RT: 25.80 - 31.31
0
500000
1000000
Inte
nsi
ty
Ac. butolico 30.40
26.90
27.11
27.37 30.00 30.59 30.84 31.03 27.60 28.33 26.49 26.35 28.74 29.61 29.27 27.73 28.89 28.07 25.93
30.41
26.90 27.11
30.00 30.64 31.03 27.28 26.50 28.23 26.36 27.49 26.08 29.55 27.77 28.82 29.27 28.59 28.00
30.39
27.10 26.89 30.58 30.72 31.08 30.01 27.29 26.48 27.57 26.35 28.32 26.74 26.07 27.90 29.64 29.23 28.57 28.91
30.39
27.10 26.89 30.58 30.72 31.08 30.01 27.29 26.48 27.57 26.35 28.32 26.74 26.07 27.90 29.64 29.23 28.57 28.91
NL: 1.15E7
m/z= 50.0-600.0 MS ICIS T0
NL: 1.75E7
m/z= 50.0-600.0 MS ICIS t1
NL: 1.20E7
m/z= 50.0-600.0 MS ICIS t3
NL: 1.20E7 m/z= 50.0-600.0 MS ICIS t6
CONC18E
Microplates Biolog MT
NOCE
0 24 48 72
of1 0 36 115 109
conc11 0 288 428 506
conc18 0 389 503 570
lam21 0 414 793 1031
dan5 0 236 229 250
h7 0 176 307 394
conc12 0 279 420 500
OD/OREOLII SICCATIVI
COLLETTA
SH7_3H SH7_6 H SH7_24 H
COLLETTA SU LEGNO
Ricerca esplorativa di una via biologica per la
rimozione di colle viniliche da affreschi
COLLABORAZIONE LORENZA D’ALESSANDRO, CONSORZIO ARKE’
Area trattata
Controllo
Are
a se
nza
V
inav
il
300 400 500 600 700 800 900
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
LIF
In
ten
sity (
a.u
.)
wavelength (nm)
vinavil
+fungo
pigmento
300 400 500 600 700 800
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
area trattata
vinavil
pigmento
LIF
In
ten
sità
(u
.a.)
lunghezza d'onda (nm)
1728.5
0
5001000150020002500300035004000
Wavenumber cm-1
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Abs
orba
nce
Uni
ts
VERIFICA DELL’EFFICACIA DEL TRATTAMENTO
Osservazione al SEM-EDS
Area
tratt
ata
Controllo
negativo
Are
a s
en
za
Vin
avil
area non
trattata
area
trattata controllo
negativo
C
O
C
O Si
Ca
Mg
BIODEGRADAZIONE DELLA GOMMALACCA
BIOCONSOLIDAMENTO mediante batteri calcinogenici Univ FIRENZE, VENARIA R.
NUOVI BIOMINERALI DA BATTERI BIODETERIOGENI DELLA PERGAMENA ICRPAL-Univ. ARIZONA
CONTROLLO DEI PIGMETI E STRUTTURE FUNGINE SU CARTA SAPIENZA-ICRPAL
RIMOZIONE DI OSSIDI DI FERRO MEDIANTE BATTERI ISCR-SAPIENZA , Musei Vaticani
MONITORAGGIO E CONTROLLO BIODETERIOGENI (ENEA-SAPIENZA, TECNOel, CNR)
…… IN CORSO
Catalogare problematiche di difficile soluzione che ne trarrebbero beneficio
Implementare l’uso delle biotecnologie nella diagnostica e nel restauro, anche in accoppiamento con metodi fisici e chimici
Sviluppo di prodotti su base biologica selettivi, non tossici, non aggressivi, ambientalmente compatibili, economici
Ampliare la ricerca in campo microbiologico per ampliare l'offerta di prodotti sicuri e selettivi
Creare un mercato di prodotti per il biorestauro
SFIDE
Chiara Alisi microbiology
Flavia Tasso microbiology
Paola Marconi microbiology
Giada Migliore microbiology
Luisa Pirone microbiology
Carla Ubaldi analytical chemistry
Salvatore Chiavarini analytical chemistry
Nicoletta Barbabietola PhD student
Michela Grimaldi PhD student
Matteo Mazzoni MS degree thesis
Livia Martinelli MS degree thesis
Vanja Cialei PhD student
Sonia Cutraro MS degree thesis
Luisa Caneve LIF
Mauro Falconieri FTIR
Serena Gagliardi FTIR
Anna Rosa Sprocati microbiology
WORKING GROUP
Carlo Cremisini Head of Unit
RINGRAZIAMENTI
Dott.ssa Giovanna Pasquariello I.N. Arti Grafiche Dott.ssa Flavia Pinzari ICRPAL
Rodolfo Corrias, Cesare Poderosi- Galleria Nazionale di Arte Moderna Michela Grimaldi , Diagnosta Beni Culturali Prof. Santamaria, GRS-Musei Vaticani
Restauratori : Franco Adamo, Adele Cecchini, Corinna Ranzi, Chiara Scioscia, Lorenza D’alessandro, Consorzio ARKE’ Dott.ssa Santarelli CISTeC (Dip. Ingegneria Chimica Materiali e Ambiente) dell’Università degli Studi di Roma “Sapienza” Arch. Morganti- Soprintendenza Speciale per i Beni Archeologici di Roma
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