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lunes, 28 de enero de 2013

Microorganismos y conservación del patrimonio. El caso de La Rábida



Mucor mucedo sobre
excremento
La mayoría de los estudios de comunidades microbianas en distintos ambientes, se basan en el estudio molecular y la identificación de secuencias 16S DNAr, 18S DNAr u otros marcadores. Lo que luego nos arroja una lista de especies, en la mayoría de los casos sin aportar datos ni explicaciones que cuenten la razón de que distintas especies colonicen un mismo ambiente. Esto puede llegar a ser muy frustrante para los eco-microbiólogos especializados en la conservación de la herencia cultural, ya que necesitan saber las razones tras la llegada, y colonización de ciertos lugares, con el objetivo de luchar y prevenir la degradación de las obras de arte en peligro. 
Ya hemos hablado de hongos que manchan las pinturas rupestres o paleolíticas y también de bacterias que decoloran frescos y fachadas. En este caso vamos a hablar, y resumir un poco el post anterior con nuevos datos centrándonos ya con menos misterio en hongos, murales y ambientes subterráneos 

Ambientes subterráneos.
Coprinus creciendo en
madera podrida
Los ambientes subterráneos incluyen cuevas, catacumbas, tumbas, capillas, etc. Muchas de ellas contienen representaciones artísticas en la roca con un gran valor histórico.
Como decíamos en la anterior entrada algunas cuevas contienen pinturas paleolíticas que representan las primeras manifestaciones artísticas. Las cuevas son normalmente biotopos pobres en nutrientes, relativamente estables, poseen elevadas concentraciones minerales y temperaturas bajas. Son por ello  considerados ambientes extremos por su carácter oligotrófico. Y por ello deberían estar únicamente colonizados por organismos extremófilos adaptados al lugar. Sin embargo la entrada de nutrientes externos cambia esta situación. Por ejemplo: filtraciones de agua, restos de inundaciones en bosques, animales y sus heces; y por supuesto estructuras construidas para facilitar el turismo en estos lugares. Todas estas cosas pueden generar problemas como los ocurridos en Lascaux.
Hongos sobre un cadáver de rana
Ya sabemos que los artrópodos son también muy comunes en estos lugares, y que con ellos llegan los hongos.  Por ello es interesante clasificarlos según el tiempo que pasan en ellas. Tenemos a los “trogloxenes” que viven temporalmente en las cuevas. Los “troglóflilos” que pueden pasar toda su vida tanto dentro como fuera de las cuevas. Por último tenemos a los artrópodos troglobitas adaptados a la vida en la cueva de forma total. Los artrópodos se alimentan gracias a las aguas filtradas, en  las  cuales los minerales diluidos permiten el crecimiento de microorganismos de todo tipo.  

Hongos en ambientes subterráneos.
Micelio creciendo en
una estalactita
Se considera que en las cuevas naturales los hongos son las formas de vida más comunes. Se decriben una enorme cantidad de hongos en los cuerpos de los artrópodos muertos y en otros tipos de restos orgánicos.
También se ha descrito un hongo asociado con la formación de estalactitas activas, se trata de Verticillium lamellicola. Este hongo se pudo aislar de moscas, arañas, hormigas y polillas.
Muchos de estos hongos entomófilos son capaces de crecer en medios de agar mínimo con tan sólo 5 mg/l de carbono orgánico disuelto, parecido al de las gotas de agua filtradas por las estalactitas. Esto muestra que estos hongos no sólo son capaces de crecer en los cuerpos de los artrópodos. Las esporas de estos hongos pueden colonizar cualquier superficie de roca húmeda que contenga trazas de carbono.
Cianobacterias creciendo sobre
estalactita expuesta a luz artificial
No sólo las cuevas naturales tienen este tipo de habitantes, por ejemplo catacumbas en Roma tienen presencia de rocas volcánicas y aguas filtradas, lo que las convierte en un lugar simular a una cueva natural. ¿Dónde está el problema entonces? Principalmente en las corrientes de aire e ilumunación artificial que generan un ecosistema ideal para la presencia de organismos fotosintéticos, como por ejemplo cianobacterias y otras bacterias. También encontramos una gran variedad de hongos, tanto en el aire como en los biofilms, todos ellos tienen capacidades entomopatógenas que les permiten incrementar aún más su expansión y con ello degradar el patrimonio. 


Hongos en los murales.
Los frescos tienen enemigos naturales conocidos como la humedad, la temperatura, salinidad... Pero además también pueden sufrir el azote de los microorganismos.
Un estudio de 1973 encontró presencia de E. album dispersado por insectos presentes en la mayoría de los frescos deteriorados.
En el monasterio de la Rábida, Huelva, se analizaron varios frescos en mal estado de los que se aisló abundante cantidad de hongos (principalmente Cladoporium sphaerospermum, E album y Aspergillus versicolor) La principal fuente de llegada de estos hongos eran artrópodos. Moscas, arañas y ácaros. De hecho, en otros frescos, como por ejemplo en los del monasterio de Assisi en Italia, se encontraron ácaros dentro de los frescos cubiertos de micelios de hongos. Se piensa que existe una relación directa entre los ácaros, los hongos y la degradación de frescos.
 Mural contaminado por Engyodontium album. Monasterio de La Rábida, Huelva.
Como podéis ver el problema a la hora de conservar murales, es parecido al de conservar pinturas rupestres. Tratar las condiciones físico-químicas, como la luz y la temperatura es importante pero seguirá existiendo el problema de lo hongos. Y también sabemos que atacar a los hongos con sustancias biocidas no funciona, pues su indice de supervivencia es alto y su carácter de entomófilos siempre será un as e la manga para ellos, permitiéndoles sobrevivir en pequeños insectos el tiempo para luego volver a recolonizar la roca pintada o desnuda. 
Monasterio de la Rábida. La conservación del patrimonio no sólo es algo propio de cuevas milenarias.
ResearchBlogging.orgJurado, V., Sanchez-Moral, S., & Saiz-Jimenez, C. (2008). Entomogenous fungi and the conservation of the cultural heritage: A review International Biodeterioration & Biodegradation, 62 (4), 325-330 DOI: 10.1016/j.ibiod.2008.05.002

domingo, 27 de enero de 2013

Microorganismos y conservación del patrimonio. El caso de Lascaux


Las cuevas son lugares oligotróficos con temperaturas relativamente bajas, altas concentraciones de minerales y en general mucha estabilidad.  Normalmente son el lugar idóneo para organismos altamente especializados, sin embargo cuando las cuevas se abren la los turistas la cosa puede cambiar.
Basura en las cuevas, "ojos que no ven..."
Fuente.

Los turistas son una fuente muy importante de cambios en las condiciones microclimáticas, incrementan la temperatura, el dióxido de carbono, el vapor de agua y añaden nuevas fuentes de materia orgánica. Todo esto facilita la llegada y el establecimiento de orgaismos foráneos que pueden llegar a desplazar a los propios de la cueva.

Normalmente que las poblaciones de las cuevas cambien no es algo que importe demasiado a la humanidad, digo normalmente porque hay ocasiones en las que esto no es para nada así. Existen muchas cuevas y ambientes subterráneos con un gran valor económico, histórico y cultural; y es en estos casos cuando el interés por investigar empieza a incrementarse. En un post anterior hablamos de la conservación y los peligros de la decoloración causados por las rubrobacterias en los murales de muchas iglesias y monasterios.  Sin embargo no todo va a ser culpa de las pequeñas bacterias. 

Según los estudios realizados en numerosos lugares el problema es generalizado y bastante similar, pero para concretar un poco voy a hablar únicamente de la cueva de Lascaux. Esta consiste en un sistema de cuevas con pinturas rupestres y paleolíticas muy representativas y valiosas. Tanto que el flujo de turismo empezó a degradarlas, obligando a las autoridades a construir una réplica casi exacta dedicada al turismo.

¿Eran los turistas responsables directos de la degradación de las pinturas?
Si y no, los principales responsables directos resultaron ser los hongos, para calibrar la diversidad de los mismos se llevó a cabo el análisis del ARNr 18S de varias zonas. Se llegaron a secuenciar unos 670 clones. Dentro de estos, los 10 filotipos más abundantes representaban el 59% y 8 de estos eran además hongos entomófilos. Esto último es muy importante pues enlaza con una teoría por la cual el vehículo que ayuda a colonizar y mantenerse a los hongos son los insectos.
Los ocho hongos de los que hablamos son: Geosmithia namyslowskii, Isaria farinosa, Aspergillus versicolor, Tolypocladium cylindrosprum, Geomyces pannorum, Geosmithia putterillii, Engyodotium album y Clavicipitaceae sp.  Los otros dos hongos no entomófilos son hongos típicos del suelo. 
Es importante añadir que esta gran diversidad de hongos se encontró luego de un fuerte tratamiento químico antifúngico y bacteriano sobre las rocas, suelos y sedimentos. 
The Great Hall of Bulls.
Las salas con pinturas que sufrían degradación contenían un número alto (90% del total) de hongos entomófilos, lo que parece indicar que los insectos fueron el vehículo de llegada.  Las pinturas que no mostraban degradación contenían igualmente presencia de hongos.

Aunque los vectores de llegada de estos hongos fueron insectos, no hay que olvidar que quienes cambiaron el lugar para hacerlo habitable a estos insectos y hongos fueron los humanos. No es la primera vez que esta cueva y muchas otras sufren problemas en los que están implicados indirectamente los humanos. En 1960 la cueva se clausuró por la aparición de algas en las paredes, la iluminación usada para los turistas y curiosos provocó el crecimiento de cianobacterias y otras algas en lo que se llamó "la maladie verte".  
Pero no sólo hay que preocuparse de las pinturas y su valor cultural, pensemos que muchos de los organismos aislados en estos estudios son patógenos de humanos (bacterias y hongos) y sumemos que muchas de estas cuevas conectan con aguas subterráneas que abastecen poblaciones humanas. 
Por otro lado, respecto al uso de químicos para tratar la presencia de hongos, se ha demostrado su poca efectividad.   Podría ser causa de los biofilms, como protectores frente a tóxicos. Puede que los hongos adquieran resistencias, o que los artrópodos del lugar supongan un reservorio de esporas que permiten recolonizar el lugar.  En cualquier caso, un ataque directo únicamente sobre los hongos no parece ser la solución. 

Progression of black stains on walls and paintings (the Black Cow) in the Nave between the years 2000 and 2007. The ellipse marks the affected area. Pictures from Ministère de la Culture et de la Communication, Centre National de la Préhistoire.


Descubriendo nuevas especies en las "manchas negras".

Las manchas negras merecen mención especial, primero por el origen de gran parte los filotipos encontrados en las mismas, que provienen de un hongo típico de de los escarabajos de los robles. El hongo del género Geosmithia seguramente deba su presencia a la infiltración del agua que proviene del bosque de robles que se encuentra por encima de la cueva.  Sin embargo en estas manchas negras se encontraron además...¡ Dos nuevas especies ! 


Llamadas Ochroconis lascauxensis y O. anomala. Que por cierto fueron caracterizadas en el IRNAS de Sevilla.
En cualquier caso no hay que olvidar el valor histórico, estético y económico de esas pinturas, y de otros muchos monumentos. El patrimonio cultural es algo que debemos cuidar, no sólo por su valor, también en muchos casos pensando en nuestra propia salud. Nadie quiere ver convertidas zonas de turismo y riqueza en un sitio donde los patógenos y oportunistas puedan desarrollarse. 
 Por último y quizás como dato, que a mi me parece de lo más curioso, me gusta pensar que existe un universo por descubrir en cada pequeño rincón. Esas paredes que el hombre lleva mirando miles de años, y que parecían no guardar más secretos, siguen sorprendiéndonos y enseñándonos nuevas cosas... ¡ Algo que a mi me parece asombroso !



ResearchBlogging.orgMartin-Sanchez, P., Nováková, A., Bastian, F., Alabouvette, C., & Saiz-Jimenez, C. (2012). Two new species of the genus Ochroconis, O. lascauxensis and O. anomala isolated from black stains in Lascaux Cave, France Fungal Biology, 116 (5), 574-589 DOI: 10.1016/j.funbio.2012.02.006
Bastian, F., Alabouvette, C., & Saiz-Jimenez, C. (2009). The impact of arthropods on fungal community structure in Lascaux Cave Journal of Applied Microbiology, 106 (5), 1456-1462 DOI: 10.1111/j.1365-2672.2008.04121.x

Este post participa en la XX edición del Carnaval de Biología, que hospeda Multivac42 en su blog Forestalia"
Este post participa en la XXI Edición del Carnaval de Química que se aloja en  Pero es otra historia y debe ser contada en otra ocasión que hospeda  ununcuadio.
Este post participa en la III Edición del Carnaval de Humanidades albergado en el blog El cuaderno de Calpurnia Tate de @luisccqq

jueves, 3 de enero de 2013

Microorganismos y conservación del patrimonio. El caso de Rubrobacter


La conservación del patrimonio es algo importante no sólo por el valor estético, sino por la historia que tan importante que cuenta sobre nosotros. Obviamente a las bacterias, los hongos y otros microorganismos no les importa demasiado que una pared esté adornada con un fresco centenario, por eso cada vez más la conservación de edificios históricos empieza a ser un territorio también para la microbiología 

 Primary bioreceptivity test showing differential colonization
depending on the intrinsic characteristics
of each substratum, mainly on the surface roughness
Uno de los grandes problemas en la conservación de revestimientos, frescos, fachadas y otros adornos hechos en cal, es la perdida de los colores originales. La decoloración produce daños estructurales que  pueden deberse a la destrucción de los pigmentos originales, o a la formación de biopigmentos como la clorofila, los carotenos o la melanina.
Imagen 1 Colonización por biofilms de
vidrieras.



En algunos casos estos pigmentos de origen bacteriano llegan a formar una pátina estable al incluirse como partículas bioactivas en oxalatos, carbonatos, yesos, hierro y óxidos de manganeso. Tenemos bacterias que llegan a incluir sus biopigmentos incluso en vidrieras.

Pero en esta entrada nos vamos a centrar en unos microorganismos que causan decoloración rosada en murales y otros revestimientos pintados sobre piedra o cal.

Tradicionalmente el estudio de las biopelículas bacterianas que causan decoloración rosada, se ha hecho mediante toma de muestras y posterior aislamiento en laboratorio. Por desgracia parece ser que en este caso, como en muchos otros, la mayoría de los microorganismos causantes de esta degradación no llegaban a crecer en cultivos... Claro, de esto se dieron cuenta cuando se empezaron a usar métodos moleculares, más concretamente la secuenciación masiva de los biofilms presentes en las zonas degradadas, y no fue poca la diferencia... Se encontraron entre un 9 y un 90% de secuencias que no correspondían a lo que inicialmente se había aislado en el laboratorio.

De este 90% un 70% correspondía a un mismo género conocido como Rubrobacter.

El género Rubrobacter pertenece a las Actinobacterias que son muy abundantes en los monumentos deteriorados y particularmente interesantes en cuanto a biodeterioro, debido a que su naturaleza micelial, les confiere una gran capacidad de penetración en el sustrato. Además, producen como metabolitos secundarios pigmentos y sustancias bioactivas, que inhiben el crecimiento de otros microorganismos y posibilitan el crecimiento de las cepas productoras. También son capaces de inducir la cristalización de sales y formar eflorescencias, las cuales contribuyen en gran medida al deterioro.(1)

El género Rubrobacter se enmarca en las Gram positivas con alto contenido en G+C, actualmente el género contiene 4 especies, la más reciente (R. bracarensis) aislada por el IRNAS-CSIC Sevilla hace unos meses (2).
Phylogenetic tree, based on 16S rRNA gene sequences, showing the relationship between strains VF70612 S1T, VF70612 S4, VF70612 S5 and species belonging to the subclass Rubrobacteridae. Fuente


El lugar original donde se encontraron estas bacterias de forma "natural" es de lo más curioso. Casi todas ellas fueron aisladas en aguas termales contaminadas, algunas incluso radioactivas. Esto hace que su cultivo en laboratorio sea muy complejo, siendo las condiciones óptimas de crecimiento un pH cercano a 8 y 60ºC durante varios meses.  En el caso de R radiotolerans y R. xylanophilus además se produce la formación de pigmentos rosados propios de bacterias halófitas, que son los que dan ese color a los biofilms que degradan los murales. 
¿Qué pigmento son?, pues parece que se trata de bacterioruberinas y monoanhidro-bacterioruberinas. Pigmentos derivados del licopeno, precursores del retinal, que suele formar el "ojo de las bacterias" o bacteriorodopsina. 



Bacterioopsin-Mediated Regulation of Bacterioruberin Biosynthesis (Fuente)

Por si os interesa también os pongo la estructura 3D del pigmento en cuestión
Architecture of the trimeric phR–bacterioruberin complex. Fuente

Una vez aclarado el origen del color rosado que esta fastidiando la herencia cultural, os hago una pregunta... ¿no veis curioso el lugar donde se aislaron inicialmente estas bacterias frente al lugar donde ahora las estamos describiendo? Los investigadores se preguntaron esto mismo.
¿Cómo unas bacterias propias de manantiales calientes, aguas fuertemente contaminadas e incluso radioactivas, crecen en las frías y secas paredes de los murales de muchas iglesias?

Se comprobó que la temperatura en las zonas afectadas por Rubrobacter era de 15ºC y muy estable, se descartó también la presencia de radiaciones de cualquier tipo, y llegados a este punto los investigadores pensaron que quizás ocurría algo parecido al caso de Deinococcus
Deinococcus radiodurans es una bacteria que tolera dosis de radiación altísimas, llegando a vivir en centrales nucleares o cementerios de residuos nucleares. Durante mucho tiempo los biólogos evolutivos se preguntaban que sentido tenía que una bacteria fuese capaz de soportar tales dosis de radiación en un mundo donde de forma natural nunca se daban casos donde esa resistencia pudiese ser una ventaja.  Sin embargo se descubrió que la resistencia a la radiación era una ventaja colateral de la adaptación a la desecación. Y es quizás este el mismo caso de Rubrobacter radiotolerans y sus hermanas, puede que esa tolerancia a la desecación le ha dado la ventaja para colonizar las paredes secas y cargadas de minerales de nuestras capillas e iglesias.  Quizás para una bacteria no exista mucha diferencia entre una pared pintada con un bello mural y un río contaminado...

ResearchBlogging.org (1) Presencia de actinobacterias del género Rubrobacter en tumbas de la Necrópolis de Carmona
L. Laiz, V. Jurado, E.A. Akatova, J.M. González y C. Saiz-Jimenez
Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla, CSIC. Apartado 1052, 41080 Sevilla 
http://digital.csic.es/bitstream/10261/39123/1/Presencia%20de%20actinobacterias%20del%20género%20Rubrobacter.pdf
(2)Jurado V, Miller AZ, Alias-Villegas C, Laiz L, & Saiz-Jimenez C (2012). Rubrobacter bracarensis sp. nov., a novel member of the genus Rubrobacter isolated from a biodeteriorated monument. Systematic and applied microbiology, 35 (5), 306-9 PMID: 22776713

Imagen 1: Guadalupe Piñar, Maite Garcia-Valles, Domingo Gimeno-Torrente, Jose Luis Fernandez-Turiel, Jörg Ettenauer, Katja Sterflinger, Microscopic, chemical, and molecular-biological investigation of the decayed medieval stained window glasses of two Catalonian churches, International Biodeterioration & Biodegradation, Available online 15 May 2012, ISSN 0964-8305, 10.1016/j.ibiod.2012.02.008.

Keywords: Stained glasses; Biodeterioration; Bio-pitting; Patinas; Mineral precipitation; Microbial communities; Molecular methodsSchabereiter-Gurtner C, Piñar G, Vybiral D, Lubitz W, & Rölleke S (2001). Rubrobacter-related bacteria associated with rosy discolouration of masonry and lime wall paintings. Archives of microbiology, 176 (5), 347-54 PMID: 11702076


Esta entrada participa en el XIX carnaval de la Biología que se celebra en La fila de atrás.
Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Química organizado por @bioamara en el blog La Ciencia de Amara