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

Resumo Técnico: Riscos de Degradação de Pigmentos de Têmpera por Syncephalastrum contaminatum e Cladosporium sphaerospermum

Definição do Problema
Pinturas de têmpera sobre madeira, particularmente ícones russos do século XVI, possuem uma estratigrafia complexa que compreende aglutinantes orgânicos (colas animais, gema de ovo, resinas) e pigmentos minerais inorgânicos. Embora os ateliês de restauração encontrem frequentemente biodeterioração, a suscetibilidade de áreas de pigmentos específicos à degradação fúngica varia significamente. O estudo aborda a falta de compreensão sobre o porquê de certos pigmentos permanecerem intactos enquanto outros degradam, investigando especificamente a interação entre fungos de bolor e íons de metais pesados inerentes aos pigmentos tradicionais (Fe, Zn, Co, Cd). O objetivo é avaliar os riscos de biodegradação para informar estratégias de conservação preventiva.

Metodologia
A pesquisa concentrou-se em duas linhagens fúngicas isoladas do ícone do século XVI "Descida ao Inferno", da Galeria Estatal Tretyakov: Syncephalastrum contaminatum STG-160 e Cladosporium sphaerospermum STG-161. A investigação empregou uma abordagem multifacetada:

1. Análise Genômica: O sequenciamento do genoma completo (tecnologia Illumina) foi realizado para identificar agrupamentos de metabólitos secundários, focando especificamente nas vias de síntese de sideróforos.
2. Experimentos com Camadas Simuladas (Mock Layers): Protótipos de ícones em miniatura foram construídos utilizando materiais tradicionais (linho, gesso, cola de esturjão, emulsão de gema de ovo) e pigmentos específicos (ocres, sienas, branco de zinco, amarelo de cádmio, verde de cobalto, etc.). Estes foram inoculados com as linhagens fúngicas, e as taxas de biodeterioração foram monitoradas durante 30 dias via medição do diâmetro da colônia e observação microscópica (SEM/EDX).
3. Testes de Tolerância a Metais In Vitro: Os fungos foram cultivados em ágar Chapek-Dox (CDA) suplementado com concentrações variadas de Fe³⁺, Zn²⁺, Co²⁺ e Cd²⁺. A inibição do crescimento foi medida para determinar a concentração inibitória de 50% do crescimento (IC₅₀).
4. Análise Elemental: A espectroscopia de raios X de energia dispersiva (EDX) foi utilizada para caracterizar a composição elemental dos pigmentos usados nas camadas simuladas.

Principais Resultados

• Achados Genômicos:

  • S. contaminatum STG-160 possui dois agrupamentos de genes (regiões 30.1 e 67.1) responsáveis pela síntese de sideróforos não dependentes de NRPS (NI). Estas moléculas facilitam a quelação e a captação de Fe³⁺ de fontes inertes como ocres e pigmentos de terra.
  • C. sphaerospermum STG-161 carece desses agrupamentos de genes de sideróforos específicos.
  • S. contaminatum apresentou um total de 31 regiões de metabólitos secundários previstas, enquanto C. sphaerospermum apresentou 53, incluindo vários agrupamentos de NRPS e PKS, mas sem regiões de sideróforos.

• Biodegradação em Camadas Simuladas:

  • S. contaminatum STG-160 exibiu crescimento rápido em aglutinantes orgânicos (gema de ovo, cola de esturjão) e pigmentos ricos em ferro (vermelho inglês, cinza-verde, ocres). Causou danos superficiais significativos dentro de 10 dias.
  • C. sphaerospermum STG-161 degradou primeiro os aglutinantes orgânicos, mas mostrou impacto mínimo em pigmentos de terra e branco de zinco. É caracterizado por pigmentação melanótica (preta).
  • Resistência ao Branco de Zinco: Ambos os fungos demonstraram crescimento negligenciável em branco de zinco e pigmentos misturados com branco de zinco, indicando alta resistência à toxicidade do zinco em uma matriz sólida.
  • Amarelo de Cádmio: O crescimento ocorreu em camadas simuladas de amarelo de cádmio, provavelmente devido ao rico meio orgânico abaixo do pigmento facilitar a penetração do micélio, apesar da presença de cádmio.

• Tolerância a Metais (IC₅₀) e Toxicidade:

  • Ferro (Fe³⁺) e Zinco (Zn²⁺): S. contaminatum STG-160 demonstrou tolerância significativamente maior (IC₅₀: 4,26 mmol/L para Fe³⁺; 10,8 mmol/L para Zn²⁺) comparado a C. sphaerospermum STG-161 (IC₅₀: 0,81 mmol/L para Fe³⁺; 2,16 mmol/L para Zn²⁺). S. contaminatum mostrou uma resposta de crescimento parabólica ao Fe³⁺ e Zn²⁺, com um surto de crescimento entre 0,5 e 3 mmol/L, sugerindo uma utilização adaptativa destes metais.
  • Cobalto (Co²⁺): Ambos os fungos mostraram sensibilidade, com S. contaminatum apresentando um IC₅₀ de 0,22 mmol/L e C. sphaerospermum de 0,11 mmol/L.
  • Cádmio (Cd²⁺): S. contaminatum foi altamente sensível, não apresentando crescimento mesmo nas concentrações mais baixas testadas (0,01–0,1 mmol/L). Por outro lado, C. sphaerospermum exibiu um grau de tolerância (IC₅₀: 0,017 mmol/L), provavelmente devido à formação de complexos de metalotioneína que sequestram metais tóxicos.

Significância e Alegações
O artigo alega que a degradação diferencial dos pigmentos de têmpera está diretamente ligada às capacidades metabólicas específicas dos fungos contaminantes e à composição química dos pigmentos.

1. Mecanismo de Utilização de Ferro: A alta afinidade de S. contaminatum por pigmentos ricos em ferro (ocres, sienas) é atribuída à sua capacidade genômica de produzir sideróforos, permitindo solubilizar e transportar o ferro de pigmentos minerais.
2. Conservação Preditiva: O estudo estabelece que áreas contendo pigmentos de branco de zinco e verde de cobalto são naturalmente resistentes a estas linhagens fúngicas específicas devido à toxicidade de metais pesados, enquanto pigmentos de terra ricos em ferro e aglutinantes orgânicos são zonas de alto risco.
3. Estratégia de Conservação: Os autores propõem que as estratégias de restauração devem ser adaptadas com base na composição do pigmento. Áreas com baixa toxicidade de metal (zonas ricas em ferro) requerem tratamento mais rigoroso com biocidas para prevenir danos estéticos e perda estrutural. Inversamente, áreas ricas em zinco podem exigir intervenções menos agressivas em relação ao crescimento fúngico.
4. Contexto Ambiental: O artigo observa que, embora as condições atuais do museu (Galeria Estatal Tretyakov) sejam excelentes, os esporos fúngicos permanecem dormentes. Mudanças de temperatura, humidade ou transporte poderiam reativar estas linhagens, tornando a identificação de zonas de pigmento vulneráveis crítica para a preservação a longo prazo.

Os autores concluem que a compreensão dos valores específicos de IC₅₀ e dos traços genômicos dos isolados fúngicos locais permite a previsão dos riscos de biodegradação, possibilitando assim medidas de conservação preventiva e interventiva mais eficazes.