Ochrona przed mikrobiologiczną biodeterioracją w muzealnictwie

ROLA NAUKI W ZACHOWANIU DZIEDZICTWA KULTUROWEGO
Ochrona przed mikrobiologiczn biodeterioracj w muzealnictwie
Beata Gutarowska, Małgorzata Piotrowska, Anna Koziróg, Zofia akowska
Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Politechnika Łódzka
ul. Wólcza ska 171/174, 90-924 Łód ; ul. 426313470, e-mail: [email protected]
W obszarze negatywnych skutków działalno ci drobnoustrojów niezwykle wa ne
miejsce zajmuj problemy wynikaj ce z rozkładu i korozji mikrobiologicznej (biodeterioracji)
materiałów, które s dziedzictwem kultury narodu lub dokumentem historycznym. Dotyczy
to zarówno budynków, jak i zasobów w nich zgromadzonych –przedmiotów zabytkowych
(ksi ek, archiwaliów, grafik, tkanin, wyrobów ze skóry, rze b, pomników, itp.). Nieodpowiednio zabezpieczone, nieremontowane, pozostawione na działanie czynników zewn trznych
niszczej bezpowrotnie.
Mikroorganizmy naniesione ruchem powietrza zasiedlaj przedmioty zabytkowe
i uaktywniaj si szczególnie na tych, które w swoim składzie zawieraj celuloz i białka
(drewno, papier, tkaniny lniane, bawełniane, skór , pergamin). Materiały te s enzymatycznie
rozkładane do prostych zwi zków, przyswajalnych przez drobnoustroje i wykorzystywanych
w ich procesach yciowych. Równie materiały zabytkowe pochodzenia mineralnego, np.
kamiennie i metal mog ulec zniszczeniu w wyniku działania mikroorganizmów na skutek
wydzielania zwi zków kwa nych i innych metabolitów. Szczególnie aktywne w tych
procesach s grzyby strz pkowe i promieniowce, w warunkach wysokiej wilgotno ci tak e
bakterie, ale równie bardzo aktywne na materiałach drewnianych s grzyby wy sze tzw.
domowe. W wyniku rozkładu lub korozji mikrobiologicznej dochodzi do osłabienia struktury
materiałów, kruszenia, spadku wytrzymało ci, przebarwie , a do całkowitego zniszczenia.
Mikroorganizmy wykazuj wysok tolerancj na niekorzystne warunki otoczenia,
toleruj nisk wilgotno i temperatur , zarówno wysokie jak i niskie pH; do ycia
wystarcza im niewielka ilo substancji organicznej np. w postaci kurzu. Szybko przystosowuj si do warunków panuj cych na przedmiotach, na których yj . Oligotroficzny
charakter od ywiania (małe wymagania pokarmowe) oraz zdolno do rozprzestrzeniania
si i łatwej reprodukcji s głównymi cechami mikroorganizmów, dzi ki którym opanowały
niemal wszystkie rodowiska, w tym równie zabytkowe.
Istnieje zatem pilna potrzeba identyfikacji mikroorganizmów niszcz cych materiały
zabytkowe, szczególnie wobec ci głej zmienno ci i adaptacji drobnoustrojów do warunków
rodowiskowych. Znajomo rodzajów bakterii i grzybów zasiedlaj cych materiały zabytkowe
oraz warunków ich rozwoju pozwala wskaza odpowiednie działania profilaktyczne,
warunkuj ce jako i trwało obiektów. Sposoby zabezpieczania materiałów zabytkowych
musz obejmowa zarówno warunki ich przechowywania (temperatury, wilgotno ci,
czysto ci mikrobiologicznej powietrza, obiektów), jak równie stosowanie odpowiednich
sposobów dezynfekcji obiektów zanieczyszczonych mikrobiologicznie przez wprowadzeniem
ich do magazynów np. z u yciem wła ciwych zwi zków chemicznych – biocydów o ró nym działaniu, a tak e promieniowania UV, promieniowania gamma, tlenku etylenu, itd.
15
Zagadnienia biodeterioracji obiektów zabytkowych, archiwów były od lat podejmowane przez Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Politechniki Łódzkiej w Zakładzie
Mikrobiologii Technicznej w zespole kierowanym przez prof. dr hab. Zofi akowsk .
W latach 2002-2003 prowadzono we współpracy z Instytutem Techniki Radiacyjnej PŁ
badania obuwia wi niarskiego z Pa stwowego Muzeum na Majdanku (Perkowski i Go dziecki, 2003; 2004). Wykazały one wysoki poziom zanieczyszczenia bakteriami i grzybami
powierzchni skóry (bakterie – 2,5×107 jtk/100 cm2, grzyby – 9,7×103 jtk/100 cm2), co było
przyczyn post puj cej destrukcji obuwia. Około 70% prób obuwia było nadmiernie zanieczyszczonych bakteriami i grzybami. Przeprowadzono dezynfekcj promieniowaniem
jonizuj cym i sprawdzono skuteczno tego procesu. Zastosowana metoda była skuteczna
w procesie dezaktywacji mikroorganizmów kolonizuj cych obuwie muzealne, liczba drobnoustrojów została zredukowana do warto ci uznawanych za wysokie kryteria higieniczne.
Metod promieniowania gamma wykorzystano równie do dezynfekcji tkanin zabytkowych pochodzenia naturalnego (len, bawełna, jedwab) (współpraca z Instytutem Techniki
Radiacyjnej PŁ oraz Wydziałem Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów PŁ)
(Machnowski i in., 2010). Badano odporno tkanin poddanych promieniowaniu radiacyjnemu
na zasiedlenie przez drobnoustroje i w nast pstwie proces biodeterioracji. Stwierdzono, i
dezynfekcja radiacyjna nie wpłyn ła zasadniczo na zasiedlanie bawełny i lnu przez grzyby,
natomiast jedwab okazał si materiałem, który po dezynfekcji był podatniejszy na zasiedlanie i niszczenie przez bakterie. Ró nice te wynikaj z budowy chemicznej i strukturalnej
badanych włókien naturalnych (dane przygotowane do publikacji).
Badania zabytkowych papierów czerpanych i pergaminów pochodz cych z Archiwów
Pa stwowych w O wi cimiu i ywcu prowadzone w naszym Instytucie wykazały, i
w warunkach wysokiej wilgotno ci na powierzchni tych materiałów bez dodatkowych
ródeł w gla ju po upływie 2 tygodni obserwowano wzrost grzybów strz pkowych
(Helbig i Gutarowska, 2010). Po miesi cu przechowywania w zale no ci od materiału od
15% do 100% powierzchni były poro ni te przez ple nie nale ce do rodzajów Penicillium
i Scopulariopsis. Grzyby nale ce do gatunków chorobotwórczych -P.funiculosum,
S.brevicaulis charakteryzowały si bardzo wysok aktywno ci w rozkładzie celulozy
(współczynnik Q>5). Badania powierzchni papierów przechowywanych w pomieszczeniach archiwalnych wykazały, i ple nie o wysokiej aktywno ci celulolitycznej (Q>2)
stanowi około 50% wszystkich szczepów obecnych w tym rodowisku. W warunkach
wysokiej wilgotno ci istnieje zatem zagro enie wzrostu grzybów rozkładaj cych papier
i zniszczenia zbiorów archiwalnych (Helbig i Gutarowska, 2010).
Podobne wyniki uzyskano badaj c obiekty biblioteczne pochodz ce z Polskiej Biblioteki
w Pary u oraz materiały muzealne z Polskiego Muzeum w Chicago. Szczepy wyizolowane
z tych obiektów wykazywały wła ciwo ci celulolityczne i lipolityczne. Stwierdzono ponadto, i
materiały zabytkowe gromadzone w pomieszczeniach muzealnych, archiwalnych s zasiedlane
przez specyficzne mikroorganizmy (Pajewski i akowska, 2006)
W badaniach mikrobiologicznych materiałów technicznych, obiektów zabytkowych
i ró nych rodowisk, wykorzystujemy tradycyjne metody hodowlane, jak równie
nowoczesne metody analityczne. Jedn z nich jest metoda oparta na oznaczaniu ergosterolu
– markera obecno ci grzybów w rodowisku. Metoda ta ze wzgl du na wysok czuło ,
szybko analizy oraz oznaczanie grzybów zarówno aktywnych (zdolnych do wzrostu), jak
i nieaktywnych, ma du przewag nad metodami tradycyjnymi. Na podstawie oznaczania
ergosterolu mo na stwierdzi , i proces rozwoju grzybów w materiale odbywał si
w przeszło ci i oszacowa skal zjawiska. Matematyczne opracowania modelowe i kryteria
zaproponowane w literaturze pozwalaj ocenia ró ne materiały techniczne np. materiały
16
budowlane, surowce ro linne, papier (Gutarowska i akowska, 2002; 2010, Gutarowska
i Cichocka, 2010). Metoda mo e mie równie aplikacje do obiektów zabytkowych.
W Instytucie prowadzone s badania maj ce na celu ocen zanieczyszczenia grzybami
strz pkowymi pomieszcze , równie zabytkowych. W badaniach tych identyfikujemy
drobnoustroje obecne w pomieszczeniach/obiektach, których obecno mo e przyczynia
si do powstania alergii i ró nych schorze . Analiza ta pozwala lekarzom (współpraca
z IMP z Klinik Chorób Zawodowych i Toksykologii z zespołem lekarzy kierowanym
przez prof. dr hab. med. Cezarego Pałczy skiego) oszacowa ryzyko zdrowotne oraz cz sto
znale przyczyn schorze zwi zanych z miejscem pracy lub przebywania ludzi. Na
zagro enie zdrowotne nara eni s szczególnie pracownicy magazynów muzealnych,
archiwalnych, konserwatorzy zabytków, którzy pracuj z materiałami zanieczyszczonymi
mikrobiologicznie. Od lat uczestniczymy w badaniach maj cych na celu ocen zanieczyszcze mikrobiologicznych na stanowiskach pracy w pomieszczeniach muzealnych,
archiwalnych, konserwatorskich (Piotrowska i in., 2006). Współuczestniczyli my tak e
w badaniach zagro e zdrowotnych na stanowiskach pracy w tych obiektach, prowadzonych
przez Zakład rodowiskowych Zagro e Zdrowia Instytutu Medycyny Pracy w Łodzi pod
kierunkiem dr hab. med. Ireny Szadkowskiej-Sta czyk (Zieli ska-Jankiewicz i in., 2008).
W ramach współpracy z IMP prowadzili my badania w bibliotekach i archiwach w Łodzi:
w Archiwum S dowym, Archiwum Pa stwowym, Wojewódzkiej i Miejskiej Bibliotece
Publicznej im. Marszałka J. Piłsudskiego, Instytucie Pami ci Narodowej. Badania obejmowały
ocen zagro enia przez czynniki biologiczne na stanowiskach pracy oraz zanieczyszczenia
mikrobiologicznego powierzchni materiałów archiwalnych i ksi gozbioru. Oceniano liczb
grzybów ple niowych w powietrzu i na materiałach i prowadzono identyfikacj dominuj cej mikroflory. Wyniki analizy ilo ciowej wykazały zanieczyszczenie mikrobiologiczne
powietrza na poziomie od 1,8×102 jtk/m3 do 2,3×103 jtk/m3 w zale no ci od pomieszczenia.
Liczebno oraz skład gatunkowy tych organizmów zmieniały si w trakcie czasu pracy
i były skorelowane z rodzajem wykonywanych czynno ci. Ł cznie wyizolowano 36 gatunków
grzybów ple niowych, nale cych do 19 rodzajów, w tym do rodzaju Aspergillus,
Penicillium, Humicola, Chaetomium, Acremonium, Cladosporium. Wi kszo z wyizolowanych
gatunków grzybów ple niowych nale ała do organizmów saprofitycznych, a ich obecno
nie stwarzała zagro enia dla zdrowia człowieka. Dwa wyizolowane gatunki, Paecilomyces
variotii i Aspergillus fumigatus nale ały do drugiej klasy zagro enia biologicznego. Na
powierzchni materiałów gromadzonych w bibliotekach i archiwach wykazano obecno
grzybów w niewielkiej liczbie od 4 jtk/100cm2 do 180 jtk/100cm2, co wiadczy o wła ciwych
warunkach przechowywania zbiorów. Mikroflora była reprezentowana przez gatunki,
wykryte równie w powietrzu, na niektórych materiałach stwierdzono obecno Aspergillus
fumigatus, który jest gatunkiem patogennym dla człowieka i ma wła ciwo ci celulolityczne.
Prowadzone badania wykazały istniej ce ryzyko zdrowotne wynikaj ce z obecno ci grzybów
toksynotwórczych i alergennych w rodowiskach archiwów i bibliotek.
Prowadzili my równie badania na zlecenie ró nych Instytucji, np. Biblioteka Pedagogiczna w Łodzi, Archiwum Prokuratury Rejonowej w Zgierzu. We współpracy z ekspertami
budowlanymi wykonano analizy mykologiczne w budynkach zabytkowych, np. Zespół
Pałacowo-obronny w Czemiernikach, willa „Szczerbiec” z 1880 roku w Krynicy-Zdrój.
Wyniki tych bada pozwoliły na identyfikacj czynników biologicznych powoduj cych
biodeterioracj w budynkach (grzyby ple niowe, grzyby domowe, owady) oraz na podj cie
odpowiednich działa naprawczych, w tym zastosowanie biocydów.
17
Badania nasze obejmuj tak e ocen toksynotwórczo ci grzybów zasiedlaj cych materiały
techniczne i pomieszczenia (Gutarowska i in.,2010; Piotrowska i in, 2004). Ocena toksyczno ci w rodowiskach wzrostu grzybów np. na materiałach technicznych pozwala oszacowa
zagro enie zdrowotne dla człowieka przebywaj cego w ich najbli szym otoczeniu.
Celem zabezpieczenia zbiorów muzealnych, materiałów archiwalnych i bibliotecznych
przed mikroorganizmami stosuje si ró nego rodzaju biocydy. Do najcz ciej stosowanych
nale : formaldehyd, salicylanilid, zwi zki fenolowe, p-chloro-m-krezol, parabeny, czwartorz dowe sole amoniowe. W zabiegach konserwatorskich stosuje si tak e rodki gazowe,
przede wszystkim tlenek etylenu. Cz
z tych zwi zków charakteryzuje si wysok toksyczno ci dla rodowiska, dlatego ich zastosowanie zostało ograniczone. Coraz bardziej
popularnym sposobem aplikacji staje si metoda zamgławiania, która mo e słu y do
dezynfekcji du ej ilo ci zbiorów, w specjalnie przygotowanych pomieszczeniach, z wykluczeniem bezpo redniego kontaktu pracowników ze rodkami chemicznymi.
Na podstawie bada z wykorzystaniem metody zamgławiania, które przeprowadzono
w Instytucie Technologii Fermentacji i Mikrobiologii stwierdzono, e ka da posta morfologiczna ple ni reaguje inaczej na działanie rodków biobójczych. Nie bez znaczenia pozostaje
tak e wiek szczepu. Szczepy młode s bardziej wra liwe na działanie mikrobiocydów,
w porównaniu do szczepów starych, które pozostaj na powierzchni w formie konidiów
(Koziróg i in., 2007). Dlatego te , przed przyst pieniem do wyboru odpowiedniego
preparatu biobójczego istotne jest wykazanie jakie rodzaje mikroorganizmów wyst puj w
miejscu przeznaczonym do dezynfekcji. Bardzo wa nym jest tak e, by wykorzystywane do
konserwacji zwi zki chemiczne były bezpieczne nie tylko dla rodowiska, ale tak e nie
powodowały zmian konserwowanych powierzchni (Pajewski, 2007).
We współpracy z producentami preparatów chemicznych oraz urz dze do dezynfekcji
powietrza i powierzchni prowadzimy badania skuteczno ci procesów dezynfekcyjnych
(Gutarowska, Kancler, 2009; Gutarowska i Koziróg, 2009; Gutarowska i in, 2010). Metody
te mog by wykorzystywane do dezaktywacji drobnoustrojów obecnych w powietrzu
pomieszcze magazynowych. W roku 2010 rozpocz li my wspólnie z firm INSTAL Warszawa
badania w projekcie badawczo-rozwojowym finansowanym przez PARP (w priorytecie
Innowacyjna Gospodarka), maj cym na celu wprowadzenie w pomieszczeniach muzealnych
i archiwalnych instalacji do dezynfekcji powietrza i powierzchni metod zamgławiania
chemicznego (poszukujemy zainteresowane projektem instytucje muzealne, archiwa, które
chciałyby sprawdzi skuteczno takiej metody w swoich obiektach.
Od 2000 r. Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii PŁ organizuje w Łodzi
konferencj mi dzynarodow Rozkład i korozja mikrobiologiczna materiałów technicznych,
w programie konferencji na stałe obecna jest sesja Mikrobiologia zbiorów muzealnych
i wyrobów artystycznych, na której wykłady swoje prezentowali wybitni specjali ci
z dziedziny mikrobiologii i konserwacji zabytków (prof. Alicja Strzelczyk, prof. Bronisław
Zyska, dr Alois Orlita, prof. Jadwiga Szostak-Kot i wielu innych go ci).
Do najwa niejszych zagadnie w obszarze bada mikrobiologicznych obiektów
i pomieszcze zabytkowych oraz ich ochrony przed procesami biodeterioracji, które mog
by podejmowane i rozwijane nale :
• Ocena stopnia zanieczyszczenia bakteriami i grzybami obiektów muzealnych
i powietrza w pomieszczeniach muzealnych, archiwalnych i konserwatorskich
• Analizy mykologiczne przegród budowlanych w pomieszczeniach muzealnych –
identyfikacja czynników biologicznych odpowiedzialnych za proces deterioracji,
dobór odpowiednich biocycdów
18
•
•
•
Ocena skuteczno ci dezynfekcji obiektów i pomieszcze muzealnych
Ocena podatno ci na biodegradacj materiałów technicznych o warto ci historycznej
(tkanin, papieru, skór i in.)
Ocena zdolno ci do tworzenia mikotoksyn oraz lotnych zwi zków aromatycznych
przez grzyby strz pkowe zanieczyszczaj ce obiekty i pomieszczenia muzealne
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
Gutarowska B., Brycki B., Koziróg A., Brycka J. (2010): Dezynfekcja powietrza metod
zamgławiania chemicznego. Instal. Teoria i Praktyka w Instalacjach 3: 30-33.
Gutarowska B., Cichocka A. (2010): Zastosowanie metody oznaczania ergosterolu do oceny
zanieczyszczenia grzybami na ró nych etapach produkcji papieru. Przegl d Papierniczy 1: 45-47.
Gutarowska B., Kancler M. (2009): Dezynfekcja powietrza metod UV z zastosowaniem lamp
przepływowych Medivent. Instal. Teoria i Praktyka w Instalacjach 6: 26-29.
Gutarowska B., Sulyok M., Krska R. (2010): Study of the toxicity of moulds isolated from
dwellings. Indoor and Built Environment (w druku)
Gutarowska B., akowska Z. (2002): Elaboration and application of mathematical model for
estimation of mould contamination of some building materials based on ergosterol content
determination. International Biodeterioration Biodegradation 49: 299-305.
Gutarowska B., akowska Z. (2010): Estimation of fungal contamination of various plant
materials with UV-determination of fungal ergosterol. Annals of Microbiology DOI: 10.1007/
s13213-010-0057-9
Helbig A., Gutarowska B. (2010): Ocena zanieczyszczenia ple niami pomieszcze Oddziałów
w ywcu i O wi cimiu Archiwum Pa stwowego w Katowicach. Notes Konserwatorski 13: 113-128.
Machnowski W., Perkowski J, Wrzosek H. (2010): Badania wpływu promieniowania
jonizuj cego stosowanego w konserwacji tkanin zabytkowych na wybrane włókna naturalne.
Notes Konserwatorski 13: 71-88.
Koziróg A., Pajewski Z., akowska Z., Brycki B. (2007) Skuteczno działania biocydów na
grzyby strz pkowe rozwijaj ce si na powierzchniach materiałów. Ochrona przed korozj
10s/A, 95-98.
Pajewski Z. (2007) Metody dezynfekcji i konserwacji tapet dla obiektów zabytkowych Ochrona
prze korozj , 10s/A 135-138.
Pajewski Z., akowska Z. (2006) grzyby strz pkowe w procesie biodeterioracji wyrobów
papierniczych. IV Mi dzynarodowa Konferencja Naukowa Rozkład i korozja mikrobiologiczna
materiałów technicznych. Łód , 2006, Ochrona przed Korozj 9s/A: 146-149.
Perkowski J. Go dziecki T. (2003): Zastosowanie promieniowania jonizuj cego do dezynfekcji
obiektów muzealnych, III Konferencja Naukowa Rozkład i korozja mikrobiologiczna
materiałów technicznych, Łód 2003, materiały str. 202-207.
Perkowski J. Go dziecki T. 2002) Dezynfekcja obuwia wi niarskiego z Pa stwowego Muzeum
na Majdanku, Biuletyn Informacyjny Konserwatorów Dzieł Sztuki vol.13 nr. 3-4 (50-51), 76-81.
Piotrowska M., Gutarowska B., St pnik M., akowska Z. (2004): Toksyczno grzybów
strz pkowych wyizolowanych z pomieszcze mieszkalnych. VII Mi dzynarodowa Konferencja
Naukowa Mycotoxins and pathogenic mould in the environment, Bydgoszcz , 2004, materiały
str. 207-211.
Piotrowska M., Zieli ska-Jankiewicz K., Kozajda A., Gutarowska B. (2006): Zanieczyszczenie
powietrza grzybami strz pkowymi w archiwach i bibliotekach. IV Mi dzynarodowa
Konferencja Naukowa Rozkład i korozja mikrobiologiczna materiałów technicznych. Łód ,
2006, Ochrona przed Korozj 9s/A: 176-179.
Zieli ska-Jankiewicz K., Kozajda A., Piotrowska M., Szadkowska-Sta czyk I. (2008) Microbiological
contamination with moulds in work environment in libraries and archive storage facilities. Ann.
Agric. Environ. Med. 15, 119-16.
19