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Microrganismi all’opera (d’arte)

Qualcuno dice che “Ciò che non uccide fortifica”! Beh, questo antico proverbio può essere un incipit adeguato per raccontare il relativamente recente sodalizio fra arte e microbiologia.

https://www.flickr.com/photos/clairity/20814842436

Robert Ryman, Twin (1966)

Malgrado si tenda quasi sempre ad associare i batteri ad un pericolo, in realtà molte specie batteriche non solo non uccidono, ma sono addirittura utili a “fortificare” i nostri beni culturali.

E’ vero che alcune costruzioni e opere d’arte, di vario genere e fattura, possono essere influenzate negativamente da diverse attività microbiche; tuttavia è altrettanto vero, che da quelle stesse attività microbiche, altre opere di materiale diverso possono trarne vantaggio.

Consideriamo ad esempio l’attività metabolica dei solfobatteri. Questi ultimi prendono il nome dalla loro capacità di produrre energia ossidando composti organici o idrogeno molecolare e riducendo il solfato a idrogeno solfuro. In pratica questi batteri per respirare hanno necessità del solfato e non dell’ossigeno. La via metabolica della riduzione del solfato ha effetti negativi e positivi. Un effetto negativo è la biocorrosione del ferro e delle leghe in ferro; un effetto positivo è invece la rimozione delle croste nere dalla pietra (proprio attraverso la riduzione del solfato in esse contenuto). E’ per questi motivi dunque che i solfobatteri sono temuti dalle costruzioni in ferro e hanno invece trovato applicazione sulle opere in pietra.

A mettere pace fra il micro e il macro sono state le biotecnologie e la microbiologia. Alcuni studiosi hanno infatti pensato a trattamenti di pulitura e restauro utilizzando in maniera adeguata le vie metaboliche di diversi microrganismi appositamente selezionati in base al substrato da restaurare. Questi trattamenti hanno avuto un ottimo riscontro perchè non sono nocivi per l’operatore, contribuiscono a preservare i nostri beni culturali e sono sostenibili anche per l’ambiente.

Le opere d’arte purtroppo sono minacciate da diverse insidie e fra queste l’inquinamento è una delle più note. Tanti sono anche i danni creati da agenti biologici come alghe, licheni, muschi, batteri e funghi. Essi scelgono la loro opera non in base ad un gusto artistico ma in base alla proprietà di biorecittività e alla capacità di soddisfare le loro esigenze metaboliche (esposizione alla luce, reperimento di molecole organiche, umidità, ecc..). Le opere d’arte sono dei veri e propri ecosistemi! In questo contesto, la figura del biologo diventa dunque importante per l’identificazione degli organismi presenti al fine di scegliere mirati interventi di conservazione e restauro.

Vi sono anche numerose insidie di origine organica. Fra queste, particolarmente minacciose, sono i residui di sostanze impiegate in precedenti interventi di restauro, quali colle animali e caseina. Questi materiali, distribuiti sulla superficie dipinta dell’affresco per staccare gli stessi  dalla parete originaria prima del restauro o come adesivante sul retro (caseina) al termine dei lavori, costituivano, purtroppo, un ottimo terreno di crescita per microrganismi, come alcuni miceti (funghi), che penetrano in profondità con le loro ife. Come risolvere il problema della colla? Un noto gruppo di ricerca nel settore del biorestauro, diretto dal Professore Giancarlo Ranalli, Università del Molise, ha utilizzato delle cellule batteriche vitali di Pseudomonas stutzeri (ceppo A29) per la biopulitura di affreschi medievali del Camposanto monumentale di Pisa.

Due particolari dell’Affresco Conversione di S.Efisio e battaglia del Camposanto monumentale di Pisa,

prima e dopo la biopulitura con Pseudomonas Stutzeri ed enzima Proteasi-type XIX

(Ranalli et al. Biotechnology applied to cultural heritage: biorestoration of frescoes using viable bacterial cells and enzymes. Journal of Applied Microbiology (2005), 98, 73-83 )

Il ceppo batterico è stato scelto dopo studi in laboratorio che hanno verificato l’elevata capacità di biodegradare la colla animale alterata in oggetto. Dopo la rimozione dello strato di cotone contenente la coltura batterica di P. stutzeri, piccoli residui di materiale organico si trovavano ancora sulla superficie dell’affresco. Per rimuovere questi ultimi è stata allora utilizzata una soluzione enzimatica contenente una proteasi. L’uso degli enzimi purificati è stato documentato in diversi progetti di biopulitura. I lavori per il recupero degli affreschi del Camposanto monumentale di Pisa, recentemente definito da Antonio Paolucci “La Sistina Pisana”, sono giunti a termine e sono stati presentati al pubblico nel Giugno del 2018.

E’ aperta la sfida anche per la conservazione dei reperti in ferro, molto comuni tra i reperti degli scavi archeologici. Lo strato di corrosione formato su questi oggetti richiede la stabilizzazione; le attuali tecnologie utilizzate per questo scopo sono lunghe e generano rifiuti pericolosi e vi è pertanto la necessità di un metodo alternativo. A tal proposito si stanno valutando i possibili benefici dell’utilizzo dei batteri anche su queste opere.

Sono sempre più numerosi i laboratori di ricerca in Italia e nel mondo che lavorano in questo settore per raggiungere una sempre più alta efficienza.

Il nostro Paese, noto per lo straordinario patrimonio artistico, non poteva non distinguersi nel campo del biorestauro! Fra i vari gruppi di lavoro possiamo citare l’Enea (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile) che detiene addirittura un brevetto dal titolo: Processo Biotecnologico per la Rimozione di Depositi Coerenti di Origine Organica ed Inorganica da Materiali ed Opere di Interesse Storico-Artistico. L’innovazione del lavoro brevettato consiste nell’utilizzo di ceppi batterici ambientali non patogeni immobilizzati in un gel di laponite (un particolare tipo di argilla) atossico, che può essere facilmente rimosso alla fine del trattamento senza lasciare residui e senza intaccare la patina pittorica.

Un’altra azienda italiana che lavora nel settore del biorestauro è la Bioresart. Fra i servizi che offre vi è il monitoraggio biologico e ambientale per la prevenzione del biodeterioramento delle opere d’arte e per la valutazione del rischio biologico.

Guardando la tela di Robert Ryman, gli esperti affermeranno che trattasi di arte concettuale; gli scettici dubiteranno del suo valore; i cinici vedranno un’opera vuota; i sognatori la dipingeranno con l’immaginazione; un microbiologo indagherà sui ceppi batterici che la popolano; un biotecnologo valuterà come utilizzare vantaggiosamente quei ceppi. Poi ci sarà qualcuno (come me) che dopo aver elebaborato le informazioni di questo articolo, penserà che quella tela non è un capolavoro, ma per lo meno un giorno sarà facile da restaurare!

M. falzone

Fonti:

-Microbial Biotechnology (2017) 10(5), 1145–1148

-Environmental Microbiology (2005) 7(7), 909–915

-Journal of Applied Microbiology (2005), 98, 73-83

http://www.enea.it

http://www.bioresart.it

Nuove molecole ad attività battericida

di Giovanna M.

L’utilizzo frequente di antibiotici ha portato allo sviluppo di ceppi 

batterici resistenti a questi farmaci, spingendo i ricercatori ad isolare nuove molecole antibatteriche per contrastarli ovvero i peptidi (proteine). Questa nuova classe di antibiotici è rappresentata dai peptidi antimicrobici (AMPs, Anti Microbial Peptides) che trovano già impiego in numerosi campi  come l’agricoltura, l’industria alimentare e l’acquacoltura, a cui va aggiunto il campo clinico che negli ultimi 25 anni ha intensificato le proprie ricerche. 

 

 

 

 

 

 

 

Gli AMPs appartengono al sistema immunitario innato, in grado di esercitare un’azione antimicrobica contro diversi patogeni dannosi per la salute dell’uomo e per la qualità degli alimenti. Quelli di origine naturale sono piccole molecole di lunghezza variabile, contenenti dai 10 ai 50 amminoacidi. Essi costituiscono la prima linea di difesa degli organismi contro una grande varietà di agenti esterni ed hanno una doppia valenza, perché oltre a proteggere circa l’80% delle specie animali inferiori e tutte le piante dall’attacco dei patogeni, giocano un ruolo importante anche nell’immunità degli organismi superiori collegando i meccanismi dell’immunità innata ed acquisita.

 

Sono ulteriormente suddivisi in due sottoclassi: AAMPs (anionici, carica netta negativa) e CAMPs (cationici, carica netta positiva). Questi ultimi rappresentano il gruppo maggiormente studiato ed utilizzato per lo sviluppo di nuovi farmaci. Sono considerati ottimi candidati come agenti terapeutici per molteplici ragioni: agiscono contro batteri Gram positivi e negativi, lieviti e virus e sono prodotti da una vasta gamma di organismi tra cui insetti, piante, batteri, funghi, anfibi e mammiferi. Sono caratterizzati da rapidità d’azione e riescono a neutralizzare le endotossine. Hanno bassa capacità di indurre la comparsa di ceppi resistenti e la loro azione battericida diretta sia verso cellule in attiva divisione che verso cellule quiescenti li rende dei farmaci promettenti anche per il trattamento di infezioni croniche.

 

Il principale bersaglio molecolare dei CAMPs è la membrana batterica, il meccanismo d’azione non è del tutto chiaro perciò sono stati proposti una serie di modelli che prevedono un’interazione elettrostatica dovuta alle cariche opposte tra peptidi e membrana che ne altera la struttura facilitando l’accesso all’interno della membrana.

Attualmente il metodo di produzione classico conosciuto per la produzione di queste molecole è la sintesi chimica ma richiede costi elevati e tempi molto lunghi. In alternativa al metodo sintetico è stata utilizzata una tecnica ricombinante mediante la quale i peptidi sono espressi in un ospite eterologo che normalmente non lo produrrebbe, il più utilizzato è E. coli, e successivamente vengono isolati da esso per studiarne la capacità tramite saggi di attività antimicrobica. Alcuni di quelli già prodotti hanno mostrato un’elevata efficienza su ceppi di Staphylococcus aureus (foto a sinistra) e Pseudomonas aeruginosa (foto a destra). 

                        

              

Ad oggi sono sette i CAMPs in fase di studio clinico, soprattutto per applicazioni topiche. Ad esempio, per il trattamento di ferite infette ed ulcere, per la prevenzione delle infezioni associate all’uso dei cateteri ed altri ancora per il trattamento di infezioni del cavo orale.

             

[GM]

 

Fonti

Wiesner J e Vilcinskas A, Virulence 1(5):440-64 (2010) https://goo.gl/vqbMMV

Mahlapuu M et al., Front Cell Infect Microbiol 6:194 (2016) https://goo.gl/PCdosM

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