Le biotecnologie molecolari per la caratterizzazione e la valutazione del ruolo dei microrganismi nei processi di degrado di manufatti di interesse storico artistico
10.6092/issn.1973-9494/576
application/pdf
1973-9494
576
en
Franco Palla
Conservation Science in Cultural Heritage
Molecular biotechnologies for the characterization and the evaluation of microorganisms in degradation processes of manufactures which are of historical artistic interest
Text.Serial.Journal
https://conservation-science.unibo.it/
Articles
2008-02-21
2004-02-28
2015-11-02
183-194
CSCH
Franco Palla
2004
10.6092/issn.1973-9494/576
183
1973-9494
en
194
Molecular biotechnologies for the characterization and the evaluation of microorganisms in degradation processes of manufactures which are of historical artistic interest
https://conservation-science.unibo.it/article/download/576/557
L
      E BIOTECNOLOGIE MOLECOLARI PER LA
      CARATTERIZZAZIONE E LA VALUTAZIONE
      DEL RUOLO DEI MICRORGANISMI
      NEI PROCESSI DI DEGRADO DI MANUFATTI
      DI INTERESSE STORICO ARTISTICO


Franco Palla
Dipartimento di Scienze Botaniche, Laboratorio di Biologia Molecolare
Università degli Studi di Palermo




1. Introduzione

   La caratterizzazione delle comunità batteriche che colonizzano le opere d’arte basa-
ta sulle metodologie standard già da tempo si è rivelata inadeguata [1-3] in quanto solo
l’1% dei batteri presenti in un habitat possono essere coltivati in laboratorio, non essen-
do possibile ripristinare le condizioni ambientali ottimali oppure perché appartengono alla
porzione costituita da batteri non-coltivabili. Uno dei vantaggi, fornito dalle metodologie
molecolari è rappresentato dalla possibilità di studiare la diversità e la composizione delle
specie che costituiscono le comunità microbiche senza ricorrere alla crescita su terreni
di coltura. La biologia molecolare e, in particolare, la “tecnologia del DNA ricombinante”
ha fornito le tecniche per la manipolazione sia delle cellule sia delle macromolecole quali
DNA, RNA e proteine [4]. Specifiche sequenze del DNA genomico (marcatori molecola-               Quaderni di Scienza della Conservazione
ri) permettono di identificare le specie microbiche presenti in un campione [5-7], l’analisi
dell’RNA fornisce informazioni sulle attività metaboliche e sulla funzione delle sequenze
nucleotidiche, mentre lo studio della struttura delle proteine permette di ottenere infor-
mazioni sulla loro funzione. La continua innovazione biotecnologica, applicabile al campo
dei beni culturali, apre nuovi scenari per una corretta e completa comprensione del feno-
meno del biodeterioramento dei beni culturali [8,9].
   Inoltre, l’implementazione e l’uso semplificato di metodi computazionali e bioinforma-
tici [10-12], che permettono di confrontare un numero in continua crescita di genomi
microbici, permettono uno studio sempre più preciso delle specie che compongono la
comunità microbica presente in un determinato habitat.

                                                                                                183
                                                                                                   Sinora, tra le tecniche di biologia molecolare che si sono rivelate estremamente utili
                                                                                                e facilmente applicabili allo studio e alla caratterizzazione dei batteri che colonizzano le
                                                                                                opere d’arte, possiamo senz’altro riportare quelle che permettono di estrarre il DNA
                                                                                                genomico, di isolare (clonaggio) e/o amplificare (Polymerase Chain Reaction) specifiche
                                                                                                porzioni bersaglio di DNA e di determinarne la composizione nucleotidica (sequenzia-
                                                                                                mento). In questi ultimi anni altre tecniche molecolari, come la DGGE (Denaturating
                                                                                                Gradient Gel Electrophoresis) [13] permettono di completare ulteriormente le indagini
                                                                                                operando anche su un numero elevato di campioni.
                                                                                                   Nell’approccio molecolare il primo passaggio prevede l’estrazione del DNA genomico
                                                                                                batterico in quantità adeguate e con un elevato grado di purezza mediante metodiche
                                                                                                messe a punto nei laboratori di ricerca o per mezzo di kit commerciali, che permettono
F. Palla - Le biotecnologie molecolari per la caratterizzazione e la valutazione del ruolo...




                                                                                                di estrarre DNA da minime quantità (0.2-5 mg) di campione, di natura sia inorganica che
                                                                                                organica, in quantità e qualità ottimale [14-17] per le successive reazioni di amplificazio-
                                                                                                ne in vitro mediante la tecnica della Reazione a Catena della Polimerasi (PCR). Per
                                                                                                mezzo della metodologia PCR è possibile amplificare in vitro specifiche sequenze ber-
                                                                                                saglio con elevata specificità e in tempi molto brevi. In particolare, i geni del DNA ribo-
                                                                                                somale 16S e le rispettive porzioni intergeniche 16S-23S (ITS, da Intergenic Transcribed
                                                                                                Spacer), costituiscono il target di queste reazioni [18-21]. Successivamente, determina-
                                                                                                ta la composizione in basi dei singoli frammenti amplificati, si ricorre all’analisi delle omo-
                                                                                                logie tra queste sequenze e quelle dei genomi batterici già noti depositate nelle Banche
                                                                                                dati internazionali, identificando il genere/specie batterica di appartenenza.
                                                                                                   Inoltre, la possibilità di caratterizzare diverse e specifiche porzioni del DNA batterico
                                                                                                fornisce ulteriori informazioni sulla diversità genomica dei componenti il consorzio micro-
                                                                                                bico, rivelando anche nuove specie batteriche.

                                                                                                2. Casi di studio

                                                                                                   Le metodologie molecolari su citate sono state utilizzate nell’ambito di progetti atti a
                                                                                                valutare lo stato di conservazione sia di substrati lapidei, calcareniti, superfici marmoree
                                                                                                [18, 24], sia per valutare il biodeterioramento di materiali organici [25].

                                                                                                2.1. I mosaici della villa del casale

                                                                                                   Nell’ambito di questo progetto sono stati considerati dieci siti di campionamento dove
                                                                                                le alterazioni del mosaico si manifestano sotto forma di “vulcanelli” (cioè un sollevamen-
                                                                                                to macroscopico delle tessere) e, dove, inoltre, le singole tessere presentavano un’alte-
                                                                                                razione della struttura simile ad una esfoliazione. Considerando un ampio repertorio di

                                      184
metodologie per l’estrazione del DNA batterico da substrati
inorganici e ricorrendo al kit della Qiagen (QIAamp DNA stool
kit), abbiamo estratto circa 500 ng di DNA genomico batterico
per grammo di campione prelevato dalla superficie o da strati
di allettamento del mosaico prelevati a diversa profondità
(mediante microcarotatrice).
    La qualità e la quantità del DNA estratto è stata saggiata
mediante elettroforesi su gel di agarosio (0.8%), come mostra-       Figura 1. DNA estratto
to in fig. 1.                                                        da 0.2 g di campione
                                                                     lapideo (1-5) M = DNA
    Il DNA genomico estratto dai campioni o dalle singole colo-
                                                                     marker di peso mole-
nie batteriche, diviso in aliquote, è stato utilizzato come mole-    colare.
cola stampo per le reazioni di amplificazioni in vitro (PCR). Le
sequenze bersaglio dei genomi batterici sono state amplificate scegliendo le condizioni
di reazione e gli inneschi molecolari specifici per ciascun genere o specie batterica ricer-
cata.
    I prodotti dell’amplificazione delle porzioni di DNA bersaglio (rDNA 16S) sono stati
separati mediante elettroforesi su gel di agarosio al 2%, e, ricorrendo ad opportuni mar-
catori di peso molecolare, è stato possibile determinarne le dimensioni (fig. 2).
    L’analisi dell’omologia con le analoghe porzioni di genoma delle specie batteriche
depositate nelle Banche dati NCBI-NHI—USA e EMBL - Germania, ha permesso di iden-
tificare    le   seguenti      specie    batteriche:
Acinetobacter (AF 188302); Arthrobacter (ASP
491108); Bacillus FP (AY 124766); Planococcus
orange (AF 242541); Pseudomonas (AY014805).
Tra parentesi sono riportati i codici di accesso alle                                              Quaderni di Scienza della Conservazione

banche dati.
    I risultati di questo lavoro mostrano la presen-
za di almeno cinque differenti generi batterici nelle   Figura 2. Frammenti di DNA otte-
aree di campionatura dei mosaici della Villa del        nuti dalle reazioni di PCR, le dimen-
Casale, che la caratterizzazione molecolare ha          sioni (in paia di basi, bp) corrispon-
                                                        dono a quelle attese: Arthrobacter
permesso di classificare come Arthrobacter;             = 239bp; Acinetobacter = 351bp;
Acinetobacter; Bacillus; Planoccoccus, Pseudo-          Bacillus = 181bp; Planoccoccus =
monas. Dalla letteratura si evince che questi           137bp; Pseudomonas = 338bp.M =
                                                        Marker di peso molecolare di DNA;
generi batterici sono in grado di produrre diverse      (+) = controllo positivo della reazio-
tipologie di degrado delle opere d’arte come pig-       ne.

                                                                                                 185
                                                                                                mentazione o perdita di colore, efflorescenze, patine. I batteri che sono in grado di pro-
                                                                                                durre spore, come Bacillus o oligotrofici facoltativi, come Arthrobacter, sono in grado di
                                                                                                resistere anche per lungo tempo a condizioni ambientali sfavorevoli. Inoltre, batteri
                                                                                                appartenenti ai generi Bacillus e Acinetobacter, sono in grado di indurre dei precipitati cri-
                                                                                                stallini di carbonato e fosfato,che permettono di ipotizzare anche un potenziale contribu-
                                                                                                to geomicrobiologico ai processi di degrado, in particolare per il fenomeno della separa-
                                                                                                zione in strati delle singole tessere.
                                                                                                   Infine, è risultato evidente che i batteri non sono gli unici microrganismi presenti nei
                                                                                                campioni analizzati, ma si deve senz’altro tenere conto delle diverse specie di funghi e
                                                                                                muffe che compongono i consorzi microbici presenti nei siti della Villa del Casale.
F. Palla - Le biotecnologie molecolari per la caratterizzazione e la valutazione del ruolo...




                                                                                                2.2. La biblioteca comunale di S. Agostino in Taormina

                                                                                                   Il biodeterioramento dei materiali organici indotto da microrganismi costituisce un pro-
                                                                                                blema diffuso in biblioteche, archivi, musei, presentando diversa entità in relazione alle
                                                                                                condizioni ambientali, e, in particolare, alla temperatura e all’umidità relativa (UR). Molti
                                                                                                manufatti d’interesse storico-artistico sono costituiti prevalentemente da materiali organi-
                                                                                                ci che subiscono l’attacco di organismi e microrganismi eterotrofi deteriorandosi anche in
                                                                                                base alla loro composizione chimica. Nei manufatti di natura organica dove è possibile
                                                                                                distinguere materiali d’origine vegetale (carta, legno, cotone, canapa) e animale (perga-
                                                                                                mena, pelle, seta) il deterioramento si manifesta sotto diverse forme. Le alterazioni indot-
                                                                                                te su substrati organici come carta, legno e pergamena, possono essere così riassunte:
                                                                                                variazione delle caratteristiche meccaniche, perdita di resistenza, macchie.
                                                                                                   Per i composti d’origine vegetale i componenti principali che si riscontrano sono ligni-
                                                                                                na, emicellulosa e cellulosa; quest’ultima costituita da una lunga catena polisaccaridica
                                                                                                lineare in cui l’unità fondamentale, fig. 3A (D-glucosio, costituito da atomi di carbonio,
                                                                                                idrogeno e ossigeno) è ripetuta numerose volte, fig. 3B.




                                                                                                                                                                        Figura 3A. Monome-
                                                                                                                                                                        ro della cellulosa.

                                      186
               Figura 3B. Polimero della cellulosa.



    Nella carta oltre la cellulosa sono presenti lignina, pectine, cere, tannini, proteine e
minerali.
    Nel tempo, la produzione della carta ha subito profonde modificazioni tanto che nel
Medioevo si otteneva da stracci di cotone (cellulosa quasi pura), mentre dal XVII secolo
si produceva industrialmente dalla polpa di legno e altri materiali non fibrosi diversi dalla
cellulosa. Questo fa sì che la carta moderna risulta più vulnerabile all’attacco dei micror-
ganismi di quanto non lo sia quella antica. La carta oltre a rappresentare essa stessa
fonte di carbonio organico, è spesso associata con colle animali e vegetali, pigmenti,
legature, costituendo un’eccellente fonte nutrizionale per molti microrganismi la cui cre-
scita sarà indotta quando si avranno condizioni favorevoli, come la presenza di un ele-
vato contenuto d’acqua (data l’igroscopicità della carta: condizione molto frequente).
    Il biodeterioramento della cellulosa è causato principalmente da batteri, microfunghi          Quaderni di Scienza della Conservazione
e Attinomiceti, alcuni con attività cellulosolitica in grado di produrre un complesso di atti-
vità enzimatiche (complesso delle cellulasi) e di rompere i legami del polimero della cel-
lulosa sino a ridurlo ai singoli monomeri di glucosio.
    La maggior parte dei funghi cellulosolitici isolati da materiale cartaceo deteriorato
appartiene ai Deteuromiceti (Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Penicillum etc), agli
Ascomiceti (Chaetomium) o agli Zigomiceti (Mucor, Rhizopus), e le alterazioni appaiono
come macchie di diversa morfologia e colore (giallo, marrone, nero, rosso, violetto e
altri). La pigmentazione prodotta da uno stesso ceppo fungino può variare a seconda
della crescita e dalle caratteristiche della carta (pH, presenza di amido e gelatine, e di
metalli).

                                                                                                 187
                                                                                 Anche gli insetti hanno un ruolo molto importante nel deterioramento della carta in
                                                                              quanto utilizzano come fonte nutrizionale la cellulosa o gli altri materiali che costituisco-
                                                                              no l’opera.
                                                                                 Per quanto concerne i batteri, sono state isolate colonie che appartengono sia a spe-
                                                                              cie cellulosolitiche come Cellulomonas, Cellvibrio, Cytophaga che a diverse altre.
                                                                              Un’ampia panoramica sugli aspetti microbiologici e molecolari dei microrganismi che uti-
                                                                              lizzano la cellulosa, oltre che dei fenomeni biochimici che regolano il processo d’idrolisi,
                                                                              è riportata da Lynd e collaboratori [26]. Durante i loro processi metabolici i microrganismi
                                                                              rilasciano sul substrato acidi organici (ossalico, fumarico, succinico, citrico) che, abbas-
                                                                              sando il pH, favoriscono un attacco secondario da parte di funghi o altri batteri.
                                                                                 Riguardo la biblioteca di S. Agostino in Taormina, è stato valutato lo stato di conser-
                                                                              vazione del “Fondo antico”, dove sia i libri sia le vetrine lignee in cui erano custoditi pre-
                                                                              sentavano alterazioni causate dalla presenza di un ampio repertorio di microrganismi,
                                                                              oltre che un evidente attacco da parte di termiti.
A. Zappalà - Riflessioni sulla conservazione ed il restauro conservativo...




                                                                              Figura 4A, B e C. Micrografie di consorzi microbici presenti in frammenti da libri degradati.

                               188
                                                                        Figura 5. DNA ge-
Figura 6. Gel 2% agarosio . M = Marker di DNA di                        nomico batterico
peso molecolare; reazioni per Pseudomonas = P,                          estratto da alcuni
Bacillus = B, Cellulomonas = C, Cellvibrio = Cv,                        frammenti di carta.
Cytophaga = Cy; (-) controllo negativo della rea-                       M = marker di DNA
zione di amplificazione.                                                di peso molecolare.


   L’analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM), micrografie in fig. 4 (A-C), di
piccoli frammenti da libri mostra una panoramica dei consorzi microbici presenti.
   In fig. 5 è riportata l’analisi qualitativa del DNA genomico batterico, estratto da alcuni
campioni, mediante elettroforesi su gel di agarosio.
   Successivamente, per mezzo della tecnica PCR sono amplificate le sequenze bersa-
glio corrispondenti al gene per l’rRNA 16S e alla regione intergenica (ITS) presente tra i
geni 16S-23S.
   L’analisi molecolare condotta sui campioni di S. Agostino ha permesso di identificare          Quaderni di Scienza della Conservazione
batteri appartenenti ai generi Pseudomonas (P), Bacillus (B), Cellulomonas (C), mentre
non è stata riscontrata la presenza di Cellvibrio (Cv) e Cytophaga (Cy).
   L’elettroforesi su gel di agarosio ha permesso di separare e determinare il peso mole-
colare delle bande di DNA ottenute dalle reazioni di PCR (fig. 6). Ciascuna banda di DNA
corrisponde ad una specifica tipologia batterica, confermata anche dalla determinazione
della sequenza nucleotidica, riconducibile a batteri delle specie Bacillus, Pseudomonas
e Cellulomonas.

3. Conclusioni

   Le tecniche di biologia molecolare utilizzate in questo lavoro sono solo alcune di quel-

                                                                                                189
                                                                                                le potenzialmente applicabili nel campo dei beni culturali, e si basano sull’analisi delle
                                                                                                sequenze specie-specifiche del DNA ribosomale (16S e ITS) di genomi batterici. Altre
                                                                                                tecniche molecolari, utilizzate per lo studio del biodeterioramento dei beni culturali come
                                                                                                l’analisi mediante DGGE (Denaturanting Gradient Gel Electrophoresis), SSCP (Single
                                                                                                Strand Conformation Polymorphism), FISH (Fluorescent In Situ Hybridization), o la
                                                                                                costruzione di genoteche di cloni del rDNA 16S batterico, hanno dato ottimi risultati.
                                                                                                Anche lo studio della molecole dell’RNA (Genomica funzionale) e delle Proteine
                                                                                                (Proteomica), che caratterizzano le popolazioni batteriche dal punto di vista funzionale,
                                                                                                potranno fornire delle strategie sempre più precise per la comprensione dei fenomeni bio-
                                                                                                logici che inducono il deterioramento dei beni culturali. Inoltre, in questi ultimi anni un
                                                                                                notevole apporto alle biotecnologie è stato fornito dalla Bioinformatica che ha permesso
F. Palla - Le biotecnologie molecolari per la caratterizzazione e la valutazione del ruolo...




                                                                                                la realizzazione delle Banche dati internazionali ed ha fornito i software e la metodologia
                                                                                                per consultare questo enorme numero di informazioni sul DNA genomico di numerosi
                                                                                                microrganismi, permettendo la realizzazione di allineamenti genomici e di numerosi studi
                                                                                                di filogenesi molecolare.
                                                                                                   In conclusione possiamo affermare che, rispetto alle classiche metodologie microbio-
                                                                                                logiche di coltura, le biotecnologie molecolari forniscono una visione più realistica delle
                                                                                                popolazioni microbiche presenti in un’opera d’arte, permettendo la rivelazione anche
                                                                                                delle specie che non possono essere identificate mediante colture in vitro; e possono
                                                                                                essere applicate anche quando il degrado non è ancora visibile. Sotto questa luce, le bio-
                                                                                                tecnologie molecolari si rivelano essenziali anche per una diagnosi preventiva al proces-
                                                                                                so di biodeterioramento indotto da microrganismi ancor prima che il degrado del sub-
                                                                                                strato sia evidente e l’eventuale danno irreparabile.
                                                                                                   Infine, le biotecnologie molecolari ritornano utili anche nel campo del monitoraggio
                                                                                                aerobiologico: in particolare per gli ambienti indoor, essenziale sia per una corretta
                                                                                                conservazione delle opere d’arte sia per gli aspetti connessi con i fruitori e gli operato-
                                                                                                ri. È noto che in ambienti confinati quali archivi, biblioteche, musei sono presenti com-
                                                                                                plessi consorzi microbici, potenziale causa del deterioramento dei beni culturali custo-
                                                                                                diti oltre che, essi stessi o i prodotti derivanti dal loro metabolismo, patogeni per l’uo-
                                                                                                mo [27-29].

                                                                                                Ringraziamenti

                                                                                                   Particolari ringraziamenti vanno al Centro Regionale per la Progettazione e il
                                                                                                Restauro della Regione Siciliana, per la proficua collaborazione e per avere fornito i cam-
                                                                                                pioni utilizzati oltre ad avere parzialmente finanziato questi studi.

                                    190
Bibliografia
[1] ROSSELLO-MORA R., AMANN R. 2001, The species concept for prokaryotes.
    FEMS Microbiol. Rev. 25, 39-67.
[2] STALEY J.T., KONOPKA 1985, Measuraments of in situ activities of nonphotosyn-
    thetic microorganisms in aquatic and terrestrial habitats. Ann. Rev. Microbiol. 65,
    4375-4384.
[3] AMANN R.I., LUDWIG W., SCHLEIFFER K.H. 1995, Phylogenetic identification and
    in situ detection of individual microbial cell without cultivation. Microbiol. Rev. 59,
    143-169.
[4] SAMBROOK J., RUSSELL D.W. 2001, Molecular Cloning a laboratory manual, New
    York, Cold Spring Harbor Laboratory Press.
[5] WARD D.M, WELLER R., BATESON M.M. 1990, 16S rRNA sequences reveal nume-
    rous uncultured microorganisms in a natural community. Nature 345, 63-65.
[6] FEDERICO C., RUSSO R., ANELLO L., PALLA F. 1999, Biotechnologies tools to test
    biodeteriogens in stone specimens, in Of Microbes and Art. The Role of Microbial
    Communities in the Degradation and Protection of Cultural Heritage: (Florence ,16-
    19 June 1999) Firenze, Consiglio Nazionale delle Ricerche.
[7] GURTNER C., LUBITZ W. , RÖLLEKE S. 1999, Advanced strategies in the identifi-
    cation of potential biodeteriorating microorganisms by molecular means. Of Microbes
    and Art. The Role of Microbial Communities in the Degradation and Protection of
    Cultural Heritage: (Florence,16-19 June 1999) Firenze, Consiglio Nazionale delle
    Ricerche.
[8] MUYZER G. 2002, Advantages of molecular approaches versus other techniques:
    reliability and results. Coalition 5, 2-4.
[9] GONZALEZ J.M. 2003, Overview on existing molecular techniques with potential
    interest in cultural heritage. C. Saiz-Jimenez (ed), Molecular Biology and Cultural
    Heritage: 3-13. Lisse/Abingdon/Exton (PA)/Tokyo: A.A: Balkema Publishers.
[10] ALTSCHUL S.F., MADDEN T.L., SCHÄFFER A.A., ZHANG J., ZHANG Z., MILLER
                                                                                                Quaderni di Scienza della Conservazione
     W., LIPMAN D.J. 1997, Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein
     database search programs. Nucleic Acids Res. 25, 3389-3402.
[11] STRAUSS E.J., FALKOW. S. 1997, Microbial pathogenesis: Genomics and beyond.
     Science 276: 707-712.
[12] LUSCOMBE N.M., GREENBAUM D., GERSTEIN M. 2001, What is bioinformatics?
     A proposed definition and overview of the field. Meth Inf Med 40: 346-358.
[13] RÖLLEKE S., MUYZER, G., WAWER, C., WANNER, G. & LUBITZ, W. 1996,
     Identification of bacteria in biodegraded wall painting by DGGE of PCR-amplified
     gene fragments coding for 16S rRNA. Appl Environ Microbiol 62: 2059-2065.
[14] SMALLA K., CRESSWELL N., MENDOCA-HAGLER L.C., WOLTERS A., VAN
     ELSAS J.D. 1993, Rapid DNA extraction protocol from soil for polymerase chain
     reaction-mediated amplification. J Appl Bacteriol 74: 78-85.


                                                                                              191
                                                                                                [15] KUSKE C.R., BANTON K.L., ADORADA D.L., STARK P., HILL K.K., JACKSON P.J.
                                                                                                     1998, Small-scale DNA sample preparation method for field PCR detection of micro-
                                                                                                     bial cells and spores in soil. Appl Environ Microbiol 64: 2463-2472.
                                                                                                [16] MILLER D.N., BRYANT J.E., MADSEN E.L., GHIORSE W.C. 1999, Evaluation and
                                                                                                     optimisation of DNA extraction and purification procedure for soil and sediment sam-
                                                                                                     ples. Appl Environ Microbiol 65: 4715-4724.
                                                                                                [17] ZHOU J., BRUNS A.M., TIEDJE J.M. 1996, DNA recovery from soils of diverse com-
                                                                                                     position. Appl Environ Microbiol 62: 316-322.
                                                                                                [18] PALLA F., FEDERICO C., RUSSO R., ANELLO L. 2002, Identification of Nocardia
                                                                                                     restricta in biodegradated sandstone monuments by PCR and nested-PCR DNA
                                                                                                     amplification. FEMS Microbiol Ecol 39: 85-89.
                                                                                                [19] PALLA F., ANELLO L., PECORELLA S., RUSSO R., DAMIANI F. 2003,
                                                                                                     Characterisation of bacterial communities on stone monuments by molecular biology
F. Palla - Le biotecnologie molecolari per la caratterizzazione e la valutazione del ruolo...




                                                                                                     tools. C. Saiz-Jimenez (ed), Molecular Biology and Cultural Heritage: 115-118.
                                                                                                     Lisse/Abingdon/Exton (PA)/Tokyo: A.A: Balkema Publishers.
                                                                                                [20] WEINBURG W.G., BARNS S.M., PELLETIER D.A., LANE D.J. 1991, 16S ribosomal
                                                                                                     DNA amplification for phylogenic study. J. Bacteriol 173: 697-703.
                                                                                                [21] JENSON M.A., WEBSTER J.A., STRAUS N. 1993, Rapid identification of bacteria on
                                                                                                     the basis of polymerase chain reaction-amplified ribosomal DNA spacer polymor-
                                                                                                     phisms. Appl. Environ. Microbiol. 59, 945-952.
                                                                                                [22] CARDINALE M., BRUSETTI L., QUATRINI P., BORIN S., PUGLIA A.M., RIZZI A.,
                                                                                                     ZANARDINI E., SORLINI C, CORSELLI C., DAFFONCHIO D. 2004, Comparison of
                                                                                                     Different Primer Sets for Use in Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis of
                                                                                                     Complex Bacterial Communities. Appl Environ Microbiol. 70, 6147 6156.
                                                                                                [23] SCHEINERT P., KRAUSSE R., ULLMAN U. SÖLLER R., KRUPP G. 1996, Molecular
                                                                                                     differentiation of bacteria by PCR amplification of the 16S-23S rRNA spacer region.
                                                                                                     J. Microbiol. Methods 26, 103-117.
                                                                                                [24] PALLA F. 2005, Analisi per l’identificazione di microrganismi deteriogeni sulle super-
                                                                                                     fici marmoree delle statue di Fontana Pretoria in Palermo. La Fontana Restituita,
                                                                                                     Soprintendenza per i BB.CC.AA. Palermo (in corso di stampa).
                                                                                                [25] PALLA F. 2003, La biblioteca Comunale S.Agostino: laboratorio di applicazione delle
                                                                                                     biotecnologie molecolari per la identificazione di specie batteriche deteriogene.
                                                                                                     Interventi per la salvaguardia e la conservazione del patrimonio (Taormina, 7 feb-
                                                                                                     braio 2003), 63-69.
                                                                                                [26] LYND L.R., WEIMER P.J., VAN ZYL W.H., PRETORIUS I.S. 2002. Microbial cellulo-
                                                                                                     se utilization: fundamentals and biotechnology. Microbiol and Mol. Biol. Reviews 66:
                                                                                                     506-577.
                                                                                                [27] VALENTIN N. 2003, Microbial contamination in museum collections: Organic mate-
                                                                                                     rial. In Molecular Biology and Cultural Heritage: (C. Saiz-Jimenez ed.) pp. 85-91 A.A:
                                                                                                     Balkema Publishers.
                                                                                                [28] SINGH A., GANGULI M., SING A.B. 1995, Fungal spores are an important compo-
                                                                                                     nent of library air. Aerobiologia 11, 231-237.


                                           192
[29] PELTOLA J., ANDERSSON M.A., HAAHTELA T., MUSSALO-RAUHAMAA H.,
     RAINEY F.A., KROPPENSTEDT M., SAMSON R.A., SALKINOJA-SALONEN S.
     2001, Toxic-metabolite-producing bacteria and fungus in an indoor environment.
     Appl. Environ. Microbiol. 67, 3269-3274.

Riassunto
Questo studio mostra alcune delle tecniche di biologia molecolare interessanti per lo studio del bio-
deterioramento dei beni culturali. Queste metodologie si sono rivelate estremamente utili per la
caratterizzazione delle comunità microbiche che colonizzano i beni culturali e per definirne il loro
coinvolgimento nei processi di deterioramento. Notevole importanza riveste la possibilità di caratte-
rizzare i consorzi microbici senza ricorrere all’uso delle colture in vitro e indipendentemente dalla
natura organica o inorganica del campione. In futuro, le metodologie molecolari ricopriranno un ruolo
essenziale per la diagnosi di colonizzazioni microbiche in progetti di conservazione e restauro dei
beni culturali.


Summary
This work presents the application of some molecular biology techniques with high interest in cultural
heritage field. These methodologies have proved to be extremely useful to characterize microbial
communities colonization and their potential involvement in deterioration processes, mainly because
it become possible curried out cultural-independent studies of microorganisms in both organic or
inorganic substrates. These methods can be easily suited to study the biodeterioration of cultural
heritage and, in the future, their application will be essential in conservation and/or restoration proj-
ects.


Résumé
Cette étude montre certaines des techniques de biologie moléculaire intéressantes pour l’étude de
la bio-détérioration des biens culturels. Ces méthodologies se sont révélées extrêmement utiles pour
la caractérisation des communautés microbiennes qui colonisent les biens culturels et pour en défi-
nir l’implication dans les processus de détérioration. Une considérable importance revêt la possibili-
té de caractériser les consortiums microbiens sans recourir à l’emploi des cultures in vitro et indé-
pendamment de la nature organique ou inorganique de l’échantillon. Dans le futur, les méthodolo-
gies moléculaires recouvrent un rôle essentiel pour le diagnostic de colonisations microbiennes dans
des projets de conservation et restauration des biens culturels.
                                                                                                              Quaderni di Scienza della Conservazione
Zusammenfassung
Diese Studie zeigt einige Techniken von molekulärer Biologie, die für die Analyse des Bioverderbens
der Kulturgüter interessant sind. Diese Methodologien waren sehr nützlich, um die mikrobiellen
Gemeinschaften zu charakterisieren, die die Kulturgüter kolonisieren, und um zu bestimmen, welche
Rolle sie in den Verderbensverfahren spielen. Es ist sehr wichtig, die Möglichkeit zu haben, die
mikrobiellen Gruppen herauszufinden, ohne in vitro Kulturen zu benutzen und unabhängig von der
organischen oder anorganischen Natur des Musters. In der Zukunft werden die
Molekularmethodologien eine wesentliche Rolle spielen, um mikrobielle Kolonisationen in Projekten
für die Erhaltung und die Restaurierung von Kulturgüter zu diagnostizieren.


Resumen
Este estudio muestras algunas de las técnicas de biología molecular interesantes para el estudio
del biodeterioro de los bienes culturales. Estas metodologías se han demostrado extremadamente
útiles para la caracterización de las comunidades microbianas que colonizan los bienes culturales,

                                                                                                            193
                                                                                                así como para definir su implicación en los procesos de deterioro. De particular importancia es la
                                                                                                posibilidad de caracterizar los consorcios microbianos sin recurrir al uso de cultivos in vitro e inde-
                                                                                                pendientemente de la naturaleza orgánica o inorgánica de la muestra. En el futuro, las metodologías
                                                                                                moleculares desempeñarán un papel esencial en la diagnosis de colonizaciones microbianas en
                                                                                                proyectos de conservación y restauración de los bienes culturales.
F. Palla - Le biotecnologie molecolari per la caratterizzazione e la valutazione del ruolo...




                                      194
