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