Microrganismos e Património - Novas abordagens · PDF filea diferenciação...

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  • Magazine da SPM 2015 (4) 10.03

    www.spmicrobiologia.pt 1

    Microrganismos e Patrimnio - Novas abordagens

    Ana Teresa Caldeira1,2*, Tnia Rosado2, Mara Silva2, Marina Gonzalez2 e Antnio Candeias1,2

    1 Departamento de Qumica, Escola de cincias e Tecnologia, Universidade de vora, Rua Romo Ramalho 59, 7000-

    671 vora, Portugal vora; 2 Laboratrio HERCULES, Universidade de vora, Largo Marqus de Marialva 8, 7000-809

    vora, Portugal

    *correspondncia: [email protected]

    A implementao de estratgias de investigao integradas para o estudo e valorizao

    do patrimnio cultural hoje em dia considerada uma questo fulcral na perpetuao das

    obras para as geraes futuras mas pode constituir igualmente um notvel contributo para

    o desenvolvimento socio-econmico das regies.

    Nesse sentido, a Universidade de vora criou em 2009, o Laboratrio HERCULES Herana Cultural Estudos e Salvaguarda, uma infra-estrutura analtica e cientfica que desenvolve investigao integrada, dedicada ao estudo e valorizao do patrimnio cultural. A nossa equipa uma equipa multidisciplinar e engloba diferentes reas do conhecimento: qumica, bioqumica, microbiologia, geologia, cincia dos materiais, conservao e restauro, arqueologia, histria de arte, permitindo uma abordagem verdadeiramente interdisciplinar para o estudo do patrimnio cultural. O estudo material de obras de arte e bens patrimoniais recorrendo a tcnicas de anlise in-situ ou atravs da anlise laboratorial encontra-se hoje em dia estabelecido em metodologias que, de um modo geral, esto bem definidas e, apesar das pequenas diferenas observadas nas abordagens analticas, normalmente possvel obter a informao dos materiais constituintes e dos produtos de degradao resultantes de processos fsicos e qumicos. No entanto, no que respeita aos processos de biodegradao, o conhecimento ainda est no incio, no apenas no estudo dos biomecanismos mas tambm na extenso dos seus efeitos e no desenvolvimento de novas metodologias preventivas e de tratamento.

    A biodeteriorao um processo indesejvel, desencadeado por organismos vivos, que

    pode danificar o patrimnio cultural, incluindo artstico, arqueolgico e edificado. Esta questo muito relevante na conservao de monumentos e artefactos culturais, os quais representam um conjunto diversificado de nichos ecolgicos para muitos microrganismos. De facto, as diversificadas condies biticas e abiticas, tais como humidade, temperatura, luz, e fatores qumicos, como a natureza do substrato, podem acelerar os processos de biodegradao/biodeteriorao, muito embora os microrganismos sejam os seus principais promotores (Rojas et al., 2009).

    Muitos organismos, tais como, bactrias, fungos, algas e lquenes podem produzir graves danos nos materiais histricos, os quais esto sujeitos a decomposio por ao de enzimas especficas e/ou cidos orgnicos, ou outros metabolitos produzidos pelas comunidades microbianas (Urz et al., 2007). Assim, o controle dos processos de biodegradao no contexto do patrimnio cultural de extrema importncia, com vista a uma melhor compreenso da ao deletria dos microrganismos colonizadores. A ocorrncia de microrganismos colonizadores de obras de arte pode causar diversas patologias, incluindo danos estticos e/ou danos estruturais (Fig. 1), devido a alteraes fsicas e qumicas dos seus constituintes. A presena dos microrganismos pode levar ao aparecimento de manchas, formao de biofilmes nas superfcies das obras, ao destacamento de fragmentos ou ao aparecimento de fendas e fraturas (Capodicasa et al., 2010; Pepe et al., 2011).

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    Fig. 1 Exemplos de peas estudadas com evidentes sinais de biodegradao e danos estticos.

    Desafios e abordagens

    Embora o envolvimento de microrganismos no processo de deteriorao do patrimnio cultural seja bem reconhecido, o papel especfico dos diferentes grupos e espcies que compem as comunidades ainda no est bem compreendida. Os fungos so particularmente perniciosos porque as suas hifas podem ter um alto nvel de proliferao e os esporos, num estado dormente, esto geralmente presentes e disponveis para germinao (Fig 2 a-d). Do seu metabolismo podem resultar diversos derivados de cidos carboxlicos (por exemplo, oxlico, ctrico, sucnico, frmico, mlico, actico, fumrico , glioxlico, glucnico, cido tartrico) ou outros metabolitos (Fig 2 e-f) que podem desempenhar um papel significativo no ataque qumico (Rosado et al., 2013a; 2013b; Trane t al., 2012).

    O desenvolvimento de fungos pode induzir a descolorao e deteriorao das superfcies das obras de arte, levando ao aparecimento de manchas, que alteram a cor. Por outro lado, a penetrao das hifas podem levar separao de fragmentos da pea colonizada. O crescimento bacteriano frequentemente associada formao de biofilmes, promovendo descolorao (Milanesi et al., 2006; Rosado et al., 2014). A importncia da realizao de aes de remediao adequadas para materiais histricos com contaminao microbiolgica de importncia vital e tendo em conta os diferentes agentes envolvidos no processo de degradao necessria a utilizao de uma abordagem multidisciplinar para compreender as alteraes que afetam a obras de arte e desenvolver processos de interveno eficazes.

    Quando se estuda bens patrimoniais deve ter-se em considerao uma srie de questes ticas designadamente a necessidade de informar o proprietrio/responsvel pelo bem sobre a necessidade e o impacto da amostragem, a manuteno de amostras para exames futuros e a dimenso da amostra que deve ser o mnimo exigido para fins de anlise. No nosso grupo de trabalho os processos de amostragem envolvendo bens patrimoniais so sempre acompanhados por

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    conservadores-restauradores e usam-se mtodos no-invasivos (eg. recolha de biofilmes superficiais) e micro-invasivos (recolha de microamostras do material de suporte). A Fig. 3 apresenta o esquema metodolgico desenvolvido e habitualmente utilizado pelo nosso grupo de investigao. De uma forma geral, procura-se o isolamento de microrganismos presentes nas obras degradadas, por metodologias convencionais de isolamento em meios de cultura, complementadas com tcnicas

    independentes de cultura. Embora a metodologia de isolamento no permita a caracterizao completa das comunidades microbianas e alguns microrganismos no possam ser cultivados em condies laboratoriais, a presena de culturas puras de isolados permite efetuar estudos de simulao laboratorial, em condies controladas e a utilizao de elevadas densidades celulares pode tornar-se uma ferramenta til na compreenso de alguns processos.

    Fig.2. Biodegradao em pintura mural a) micrografia em eletres secundrios de biofilme em argamassa, b) correspondente mapa combinatrio de composio elementar (C, N, S, O) por espetrometria de raios X de disperso de energias, c) pormenor de Penicilium sp na superfcie da argamassa, d) esporos fngicos, e) espetro Raman de argamassa contaminada evidenciando presena de oxalatos de clcio, f) espetro Raman com alterao cromtica evidenciando a presena de carotenoides.

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    Fig. 3. Esquema metodolgico habitualmente utilizado na deteo de agentes biodeteriognicos.

    As tcnicas independentes de cultura, com utilizao de DNA metagenmico (DNA total dos microrganismos presentes), possibilitam a diferenciao de microrganismos dentro de comunidades microbianas complexas e permitem avaliar a dinmica das comunidades (Gonzlez and Saiz-Jimnez, 2005; Portillo and Gonzlez, 2009; Rosado et al., 2014).

    Paralelamente, nos estudos desenvolvidos recorre-se anlise in situ dos bens patrimoniais recorrendo a tcnicas de anlise no invasivas, designadamente espetrometria de fluorescncia de raios X dispersiva de energias (composio elementar do suporte), colorimetria / espetrometria de emisso no visvel (parmetros de cor) e espetrometria de infravermelhos (informao molecular) ou anlise de microfragmentos removidos de diferentes zonas, incluindo reas visualmente biodegradadas, utilizando diversas tcnicas de microanlise, incluindo microespetrometria Raman (-Raman), microespetrometria de infravermelhos (-FTIR), e microscopia eletrnica de varrimento de presso varivel acoplada a espetrometria de raios X por disperso de energia (VP-SEM-EDX), a fim de, por um lado, caracterizar as peas do ponto de vista material e, por outro, confirmar a presena de contaminao microbiana e detetar produtos

    de alterao resultante da atividade metablica dos microrganismos (Rosado et al., 2014c). Com efeito a complementaridade destas abordagens permite uma maior compreenso dos processos de degradao das obras de arte, abrindo caminho para estratgias de mitigao/remediao dirigidas e com maior nvel de eficcia

    Emboras estas metodologias nos permitam uma caraterizao dos microrganismos presentes e a avaliao da sua ao deletria, torna-se fundamental o desenvolvimento de metodologias analticas simples que se adaptem s necessidades dos sectores da conservao e reabilitao de patrimnio, de modo a poder promover estratgias de atuao eficientes e em tempo til, por exemplo a aplicao de estratgias de mitigao utilizando biocidas eficazes. Por outro lado, as tcnicas moleculares mais utilizadas so baseadas na amplificao de DNA que embora muito teis na deteo de microrganismos no do qualquer informao sobre a relao entre microrganismo e a prpria superfcie da obra. Neste sentido, o nosso grupo tem desenvolvido novas abordagens para a identificao de microrganismos biodeteriognicos de bens patrimoniais at point-of-care.

    Um dos pontos de partida foi o facto da tecnologia FISH (Fluorescence In-situ

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