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

Sintesi Tecnica: Rischi di degradazione dei pigmenti della tempera da parte di Syncephalastrum contaminatum e Cladosporium sphaerospermum

Definizione del problema
I dipinti a tempera su legno, in particolare le icone russe del XVI secolo, possiedono una stratigrafia complessa composta da leganti organici (colle animali, tuorlo d'uovo, resine) e pigmenti minerali inorganici. Sebbene i laboratori di restauro incontrino frequentemente il biodeterioramento, la suscettibilità di specifiche aree pigmentarie alla degradazione fungina varia significativamente. Lo studio affronta la mancanza di comprensione sul perché alcuni pigmenti rimangano intatti mentre altri si degradino, investigando specificamente l'interazione tra i funghi muffa e gli ioni di metalli pesanti intrinseci nei pigmenti tradizionali (Fe, Zn, Co, Cd). L'obiettivo è valutare i rischi di biodegradazione per informare le strategie di conservazione preventiva per i dipinti a tempera.

Metodologia
La ricerca si è concentrata su due ceppi fungini isolati dall'icona del XVI secolo "Discesa all'Inferno" della Galleria Statale Tretyakov: Syncephalastrum contaminatum STG-160 e Cladosporium sphaerospermum STG-161. L'indagine ha impiegato un approccio multifaccettico:

1. Analisi Genomica: È stata eseguita il sequenziamento dell'intero genoma (tecnologia Illumina) per identificare i cluster genici dei metaboliti secondari, concentrandosi specificamente sulle vie di sintesi dei siderofori.
2. Esperimenti su strati simulati (Mock Layers): Sono state costruite icone in miniatura prototipiche utilizzando materiali tradizionali (lino, gesso, colla di storione, emulsione di tuorlo d'uovo) e pigmenti specifici (terre, ocre, bianchi di zinco, gialli di cadmio, verdi di cobalto, ecc.). Questi sono stati inoculati con i ceppi fungini, e i tassi di biodeterioramento sono stati monitorati per 30 giorni tramite la misurazione del diametro delle colonie e l'osservazione microscopica (SEM/EDX).
3. Test di tolleranza ai metalli in vitro: I funghi sono stati coltivati su agar Chapek-Dox (CDA) integrato con concentrazioni variabili di Fe³⁺, Zn²⁺, Co²⁺ e Cd²⁺. L'inibizione della crescita è stata misurata per determinare la concentrazione inibente al 50% (IC₅₀).
4. Analisi Elementale: La spettroscopia a dispersione di energia raggi X (EDX) è stata utilizzata per caratterizzare la composizione elementale dei pigmenti utilizzati negli strati simulati.

Risultati Chiave

• Risultati Genomici:

  • S. contaminatum STG-160 possiede due cluster genici (regioni 30.1 e 67.1) responsabili della sintesi di siderofori non dipendenti da NRPS (NI). Queste molecole facilitano la chelazione e l'assorbimento di Fe³⁺ da fonti inerti come le ocre e i pigmenti terrestri.
  • C. sphaerospermum STG-161 manca di questi specifici cluster genici per i siderofori.
  • S. contaminatum ha mostrato un totale di 31 regioni di metaboliti secondari previste, mentre C. sphaerospermum ne ha mostrate 53, inclusi vari cluster NRPS e PKS, ma nessun cluster di siderofori.

• Biodegradazione su strati simulati:

  • S. contaminatum STG-160 ha mostrato una crescita rapida su leganti organici (tuorlo d'uovo, colla di storione) e pigmenti ricchi di ferro (rosso inglese, verde grigio, ocre). Ha causato danni superficiali significativi entro 10 giorni.
  • C. sphaerospermum STG-161 ha degradato prima i leganti organici ma ha mostrato un impatto minimo sui pigmenti terrestri e sul bianco di zinco. È caratterizzato da una pigmentazione melanotica (nera).
  • Resistenza al Bianco di Zinco: Entrambi i funghi hanno dimostrato una crescita trascurabile sul bianco di zinco e sui pigmenti mescolati con il bianco di zinco, indicando un'alta resistenza alla tossicità dello zinco in una matrice solida.
  • Giallo di Cadmio: La crescita è avvenuta sugli strati simulati di giallo di cadmio, probabilmente a causa del ricco mezzo organico sottostante che facilita la penetrazione miceliare, nonostante la presenza di cadmio.

• Tolleranza ai Metalli (IC₅₀) e Tossicità:

  • Ferro (Fe³⁺) e Zinco (Zn²⁺): S. contaminatum STG-160 ha dimostrato una tolleranza significativamente maggiore (IC₅₀: 4,26 mmol/L per Fe³⁺; 10,8 mmol/L per Zn²⁺) rispetto a C. sphaerospermum STG-161 (IC₅₀: 0,81 mmol/L per Fe³⁺; 2,16 mmol/L per Zn²⁺). S. contaminatum ha mostrato una risposta di crescita parabolica a Fe³⁺ e Zn²⁺, con un picco di crescita tra 0,5 e 3 mmol/L, suggerendo un utilizzo adattivo di questi metalli.
  • Cobalto (Co²⁺): Entrambi i funghi hanno mostrato sensibilità, con S. contaminatum che presenta un IC₅₀ di 0,22 mmol/L e C. sphaerospermum di 0,11 mmol/L.
  • Cadmio (Cd²⁺): S. contaminatum è stato altamente sensibile, non mostrando crescita nemmeno alle concentrazioni più basse testate (0,01–0,1 mmol/L). Al contrario, C. sphaerospermum ha esibito un certo grado di tolleranza (IC₅₀: 0,017 mmol/L), probabilmente dovuto alla formazione di complessi di metallotioneina che sequestrano i metalli tossici.

Significato e Rivendicazioni
L'articolo sostiene che la degradazione differenziale dei pigmenti della tempera è direttamente collegata alle specifiche capacità metaboliche dei funghi contaminanti e alla composizione chimica dei pigmenti.

1. Meccanismo di Utilizzo del Ferro: L'alta affinità di S. contaminata per i pigmenti ricchi di ferro (ocre, sienas) è attribuita alla sua capacità genomica di produrre siderofori, che le permettono di solubilizzare e trasportare il ferro dai pigmenti minerali.
2. Conservazione Predittiva: Lo studio stabilisce che le aree contenenti pigmenti bianco di zinco e verde di cobalto sono naturalmente resistenti a questi specifici ceppi fungini a causa della tossicità dei metalli pesanti, mentre i pigmenti terrestri ricchi di ferro e i leganti organici sono zone ad alto rischio.
3. Strategia di Conservazione: Gli autori propongono che le strategie di restauro debbano essere personalizzate in base alla composizione dei pigmenti. Le aree con bassa tossicità metallica (zone ricche di ferro) richiedono un trattamento più approfondito con biocidi per prevenire danni estetici e perdite strutturali. Al contrario, le aree ricche di zinco possono richiedere interventi meno aggressivi riguardo alla crescita fungina.
4. Contesto Ambientale: L'articolo nota che, sebbene le attuali condizioni museali (Galleria Statale Tretyakov) siano eccellenti, le spore fungine rimangono dormienti. Cambiamenti di temperatura, umidità o il trasporto potrebbero riattivare questi ceppi, rendendo critica l'identificazione delle zone pigmentarie vulnerabili per la conservazione a lungo termine.

Gli autori concludono che la comprensione dei valori specifici di IC₅₀ e dei tratti genomici degli isolati fungini locali consente di prevedere i rischi di biodegradazione, consentendo così misure di conservazione preventiva e interventiva più efficaci.