Mold Fungi Syncephalastrum contaminatum STG-160 and Cladosporium sphaerospermum STG-161 from 16 th century icon—Risks of Tempera Pigments Degradation

Resumen Técnico: Riesgos de la degradación de pigmentos de temple por Syncephalastrum contaminatum y Cladosporium sphaerospermum

Planteamiento del problema
Las pinturas al temple sobre madera, particularmente los iconos rusos del siglo XVI, poseen una estratigrafía compleja que comprende aglutinantes orgánicos (colas animales, yema de huevo, resinas) y pigmentos minerales inorgánicos. Aunque los talleres de restauración encuentran frecuentemente biodeterioración, la susceptibilidad de áreas de pigmentos específicos a la degradación fúngica varía significamente. El estudio aborda la falta de comprensión sobre por qué ciertos pigmentos permanecen intactos mientras que otros se degradan, investigando específicamente la interacción entre los hongos mohosos y los iones de metales pesados inherentes a los pigmentos tradicionales (Fe, Zn, Co, Cd). El objetivo es evaluar los riesgos de biodegradación para informar las estrategias de conservación preventiva de las pinturas al temple.

Metodología
La investigación se centró en dos cepas fúngicas aisladas del icono del siglo XVI "Descenso al Infierno" de la Galería Estatal Tretyakov: Syncephalastrum contaminatum STG-160 y Cladosporium sphaerospermum STG-161. La investigación empleó un enfoque multifacético:

1. Análisis genómico: Se realizó la secuenciación del genoma completo (tecnología Illumina) para identificar los grupos de genes de metabolitos secundarios, centrándose específicamente en las vías de síntesis de sideróforos.
2. Experimentos con capas simuladas (Mock Layers): Se construyeron prototipos de iconos en miniatura utilizando materiales tradicionales (lino, gesso, cola de esturión, emulsión de yema de huevo) y pigmentos específicos (ocres, sienas, blanco de zinc, amarillo de cadmio, verde de cobalto, etc.). Estos fueron inoculados con las cepas fúngicas, y las tasas de biodeterioración se monitorearon durante 30 días mediante la medición del diámetro de la colonia y la observación microscópica (SEM/EDX).
3. Pruebas de tolerancia a metales in vitro: Los hongos fueron cultivados en agar Chapek-Dox (CDA) suplementado con concentraciones variables de Fe³⁺, Zn²⁺, Co²⁺ y Cd²⁺. La inhibición del crecimiento se midió para determinar la concentración inhibitoria del 50% del crecimiento (IC₅₀).
4. Análisis elemental: Se utilizó la espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDX) para caracterizar la composición elemental de los pigmentos utilizados en las capas simuladas.

Resultados clave

• Hallazgos genómicos:

  • S. contaminatum STG-160 posee dos grupos de genes (regiones 30.1 y 67.1) responsables de la síntesis de sideróforos no dependientes de NRPS (NI). Estas moléculas facilitan la quelación y la captación de Fe³⁺ de fuentes inertes como los ocres y pigmentos de tierra.
  • C. sphaerospermum STG-161 carece de estos grupos de genes de sideróforos específicos.
  • S. contaminatum mostró un total de 31 regiones de metabolitos secundarios predichas, mientras que C. sphaerospermum mostró 53, incluyendo varios grupos de NRPS y PKS, pero sin regiones de sideróforos.

• Biodegradación en capas simuladas:

  • S. contaminatum STG-160 exhibió un crecimiento rápido en aglutinantes orgánicos (yema de huevo, cola de esturión) y pigmentos ricos en hierro (rojo inglés, verde grisáceo, ocres). Causó un daño superficial significativo en 10 días.
  • C. sphaerospermum STG-161 degradó primero los aglutinantes orgánicos, pero mostró un impacto mínimo en los pigmentos de tierra y el blanco de zinc. Se caracteriza por una pigmentación melanótica (negra).
  • Resistencia al blanco de zinc: Ambos hongos demostraron un crecimiento insignificante en el blanco de zinc y en pigmentos mezclados con blanco de zinc, lo que indica una alta resistencia a la toxicidad del zinc en una matriz sólida.
  • Amarillo de cadmio: El crecimiento ocurrió en las capas simuladas de amarillo de cadmio, probablemente debido a que el rico medio orgánico debajo del pigmento facilita la penetración micelial, a pesar de la presencia de cadmio.

• Tolerancia a metales (IC₅₀) y toxicidad:

  • Hierro (Fe³⁺) y Zinc (Zn²⁺): S. contaminatum STG-160 demostró una tolerancia significativamente mayor (IC₅₀: 4.26 mmol/L para Fe³⁺; 10.8 mmol/L para Zn²⁺) en comparación con C. sphaerospermum STG-161 (IC₅₀: 0.81 mmol/L para Fe³⁺; 2.16 mmol/L para Zn²⁺). S. contaminatum mostró una respuesta de crecimiento parabólica al Fe³⁺ y Zn²⁺, con un estallido de crecimiento entre 0.5 y 3 mmol/L, lo que sugiere una utilización adaptativa de estos metales.
  • Cobalto (Co²⁺): Ambos hongos mostraron sensibilidad, siendo S. contaminatum el que tuvo un IC₅₀ de 0.22 mmol/L y C. sphaerospermum de 0.11 mmol/L.
  • Cadmio (Cd²⁺): S. contaminatum fue altamente sensible, sin mostrar crecimiento incluso en las concentraciones más bajas probadas (0.01–0.1 mmol/L). Por el contrario, C. sphaerospermum exhibió un grado de tolerancia (IC₅₀: 0.017 mmol/L), probablemente debido a la formación de complejos de metalotioneína que secuestran metales tóxicos.

Significancia y afirmaciones
El artículo afirma que la degradación diferencial de los pigmentos de temple está directamente vinculada a las capacidades metabólicas específicas de los hongos contaminantes y a la composición química de los pigmentos.

1. Mecanismo de utilización de hierro: La alta afinidad de S. contaminatum por los pigmentos ricos en hierro (ocres, sienas) se atribuye a su capacidad genómica para producir sideróforos, lo que le permite solubilizar y transportar el hierro de los pigmentos minerales.
2. Conservación predictiva: El estudio establece que las áreas que contienen blanco de zinc y pigmentos verdes de cobalto son naturalmente resistentes a estas cepas fúngicas específicas debido a la toxicidad de los metales pesados, mientras que los pigmentos de tierra ricos en hierro y los aglutinantes orgánicos son zonas de alto riesgo.
3. Estrategia de conservación: Los autores proponen que las estrategias de restauración deben adaptarse según la composición del pigmento. Las áreas con baja toxicidad metálica (zonas ricas en hierro) requieren un tratamiento más exhaustivo con biocidas para prevenir daños estéticos y pérdida estructural. Por el contrario, las áreas ricas en zinc pueden requerir una intervención menos agresiva respecto al crecimiento fúngico.
4. Contexto ambiental: El artículo señala que, si bien las condiciones actuales de los museos (Galería Estatal Tretyakov) son excelentes, las esporas fúngicas permanecen latentes. Los cambios en la temperatura, la humedad o el transporte podrían reactivar estas cepas, lo que hace que la identificación de las zonas de pigmentos vulnerables sea crítica para la preservación a largo plazo.

Los autores concluyen que la comprensión de los valores específicos de IC₅₀ y los rasgos genómicos de los aislados fúngicos locales permite la predicción de los riesgos de biodegradación, permitiendo así medidas de conservación preventiva e interventiva más efectivas.