Raziskovalni projekti

VSEBINSKI OPIS PROJEKTA

Umetniške slike na tekstilnih nosilcih so pogosti predmeti konservatorsko‐restavratorskih posegov, prav zaradi plesnenja in posledičnih poškodb. Nekatere slike  ponovno zaplesnijo kmalu po opravljenih posegih, predvsem če jih vrnejo v enako mikroklimatsko okolje. Neugodne mikroklimatske razmere se pojavljajo zlasti v cerkvah ali drugih sakralnih stavbah, kjer temperatura in zračna vlaga nista regulirani, zaradi česar pride občasno do porasta zračne vlage in posledično razrasti mikroorganizmov. Prav tovrstni primeri so nas spodbudili, da smo predlagali raziskavo ne le na še nerestavriranih, temveč tudi na že restavriranih umetniških slikah. Malo je znanega o tem, kako različni materiali iz platna in pa tudi barve, osnova in drugi materiali, kot tudi pogoji shranjevanja, vplivajo na rast gliv, ali kako lahko glive spreminjajo te materiale. V predlaganem projekt bomo in‐situ identificirali oz. analizirali materiale plesnivih umetniških slik z uporabo neinvazivnivih tehnik, kot so infrardeča (FTIR), Ramanska and X‐žarki fluorescentna spektroskopija (XRF), ter proučili aktivno rastoče glive z gojitvenimi in negojitvenimi tehnikami (metode metabarkodiranja na osnovi PCR okoljske DNA). Poleg tega bomo uvedli standardne  laboratorijske teste najbolj kritičnih materialov, ki jih bomo soočili z izbranimi glivami pri določeni temperaturi in relativni zračni vlažnosti, ter tako preučili njihov vpliv. Že uveljavljene metodologije posameznih področij, bomo priredili in uporabili na izvirnih in umetno inokuliranih, laboratorijskih materialih. Predlagamo nov pristop, s katerim bomo poleg vseh celic gliv, ki se na umetnine  lahko nalagajo tudi s prahom ali pa so že mrtve zaradi davnih okužb, proučili tudi aktivno rastoče glive. Tehnika, ki jo bomo uporabili, temelji na tretiranju celic s propidijevim monoazidom, ki se veže na izpostavljeno DNA celic in tako ovira pomnoževanje DNA neaktivnih celic v PCR reakciji. Raziskave raznolikosti aktivnih gliv bodo doprinesle k odkritju do sedaj še ne podrobno proučenih ključnih vrst okuževalk slik na platnih in tako omogočile nadaljna testiranja materialov na le‐te glive, kar je izjemnega pomena za uspešno uporabo materialov v konservatorskih‐restavratorskih posegih. Za kvantificiranje glivne okužbe, kar je tudi pomembno pred restavratorskimi postopki, bomo uporabili tehniko q‐PCR, na osnovi pomnoževanja gena za beta‐aktin gliv. Za identifikacijo  barvnih plasti (analizo organskih in anorganskih sestavin barv) bomo uporabili originalne in že uveljavljene tehnike v konservatorsko‐restavratorskih posegih: optično in vrstično elektronsko mikroskopijo, FTIR in Ramansko spektroskopijo. Za identifikacijo vezivnih beljakovin bomo uporabili encimsko‐imunske teste (ELISA). Kombinacijo tehnik ELISA in imunofluorescenčne mikroskopije (IFM) bomo uporabili za preučevanje razgradnje in migracije beljakovin preko presekov barv. Slednji pristop predstavlja novost na  področju konservatorsko‐restavratorske znanosti. Uporaba električne paramagnetne resonance (EPR) omogoča študijo razgradnje pigmentov, ki jih povzročajo metaboliti gliv, kar tudi predstavlja izvirni pristop. Veliko število pridobljenih podatkov boma, kot še  ni bilo do sedaj, obdelali z metodami strojnega učenja, ki bodo hierarhično opredelile glavne dejavnike, ki vplivajo na izbiro metod in materialov, potrebnih za obnovo poškodb, odvisno od mikroklimatskih pogojev in prevladujočih gliv kontaminant. V tem interdisciplinarnem  projektu bodo sodelovali znanstveniki iz petih različnih področij, mikrobiologije, (bio)kemije, tekstilstva, računalništva in konservatorsko‐restavratorske dejavnosti, da bi konservatorjem‐restavratorjem pomagali pri ohranjanju predmetov kulturne dediščine.

FAZE PROJEKTA IN NJIHOVA REALIZACIJA

Podrobni opisi delovnih sklopov in časovne razporeditve poskusov:

DS1: Analiza plesnivih slik: materiali, poškodbe, plesni

Trajanje: 1 – 18 mesec; Vodja: Polona Zalar

Sodelujoči: BF, ZVKDS

Cilj: Vpogled v mikofloro in materiale kontaminiranih slik na platnu na okuženih kot tudi neokuženih predelov slik

Naloga 1.1: Zbiranje podatkov o restavriranih oljnih slikah na platnu v zadnjih dveh desetletijih. Na ZVKDS je bilo v zadnjih dveh desetletjih po približno enakih analitičnih standardih restavriranih več kot 100 slik. Združili bomo podatke o njihovem izvoru, hrambi, analizi materialov in poškodb, morebitni glivni kontaminaciji in uporabljenih materialih za restavriranje. Na renoviranih delih dostopnih slik bomo s prostim očesom in stereomikroskopskimi tehnikami preverili potencialno razrast gliv.

Naloga 1.2: Izbor in opis poškodovanih slik na platnu za restavriranje: Slike, razstavljene v različnih slovenskih institucijah (muzejih, verskih ustanovah), bomo pregledali s prostim očesom in stereomikroskopskimi tehnikami. Slike, na katerih bomo zaznali nedvomno razrast gliv, bomo izbrali za nadaljnje analize. Če bodo podatki na voljo, bomo raziskali tudi zgodovino slik.

Naloga 1.3: Identifikacija materialov izbranih slik: Analize bomo izvedli neinvazivno, neposredno na preiskovanem predmetu, in tudi na odvzetih mikrovzorcih slik. Slike bomo vzorčili na mestih glivne razrasti, kot tudi na kontrolnih, nekontaminiranih delih. Sestavo materialov vseh plasti slik bomo preučili z različnimi mikroskopskimi, spektroskopskimi in imunokemijskimi tehnikami za določitev  vseh sestavnih materialov in tudi možnih produktov razgradnje.

Naloga 1.4: Izolacija in identifikacija gliv na izbranih slikah: Glive na slikah bomo proučili z uporabo gojitvenih tehnik, za odvzem vzorcev bomo uporabili ESwab (Copan), s katerimi bomo naredili brise okuženih in neokuženih (kontrolnih) površin. Brise bomo nanašali na izbrana gojišča. Izolirane čiste kulture bomo shranili v zbirki Ex. Kulture bomo identificirali na podlagi makro- in mikromorfoloških znakov, ter z za glivni rod izbranimi zaporedji DNA s pomočjo bioinformatskih analiz.

Naloga 1.5: Detekcija gliv v celokupni DNA ekstrahirani s slik: Izvedli bomo metabarkodno analizo pomnožene regije ITS2 iz celokupne DNA, izolirane iz vzorčne tekočine, pridobljene z ESwab brisi. Aktivne in neaktivne glive bomo detektirali s predobdelavo vzorcev s propidijevim monoazidom (PMA). Za sekvenciranje bomo uporabili tehnologijo NGS.

Rezultati:

• R1.1: Seznam obnovljenih slik z vsemi zbranimi podatki (ZVKDS)
• R1.2: Izbor 10 plesnivih oljnih slik na platnu (ZVKDS, BF)
• R1.3: Seznam materialov v posameznih plasteh vsakega vzorca iz izbranih slik in opis njihovega stanja (ZVKDS)
• R1.4: Seznam glivnih izolatov s slik shranjanih v zbirki Ex (BF)
• R1.5: Seznam glivnih OUT-jev, zbranih z analizami metabarkodiranja (BF)

Mejniki:

• M1.1: Zbrana baza obnovljenih slik (12. mesec)
• M1.2: Izbor 10 plesnovih slik za nadaljnje analize in restavratorske postopke (2. mesec)
• M1.3: Identificirani materiali in poškodbe slik (18. mesec)
• M1.4: Mikobiomi slik pridobljeni z gojitvenimi in negojitvenimi tehnikami. (18. mesec)

DS2: Analiza podatkov z metodami strojnega učenja

Trajanje: 7 – 30 mesec; Vodja: Sašo Džeroski

Sodelujoči: IJS

Cilj: Zagotoviti vpogled v odnose med različnimi vplivnimi faktorji (materiali, starost, pogoji shranjevanja slik)  in plesnenjem slik  ter iz tega izhajajočimi poškodbami.

Naloga 2.1: Analiza podatkov o poškodovanih in obnovljenih slikah, obravnavanih na ZVKDS v zadnjih dveh desetletjih: Z metodami strojnega učenja s področja napovedovanja strukturiranih vrednosti, natančneje ansamblov dreves za napovedno razvrščanje, bomo analizirali velik nabor podatkov o slikah (N => 100), ki jih bomo pridobili iz registra restavriranih slik na ZVKDS, združenih kot R 1.1. Zgradili bomo napovedne modele, ki povezujejo faktorje vpliva, kot so materiali, starost in pogoji shranjevanja slik  s prisotnostjo oz. vrsto poškodb. Najpomembnejše dejavnike, ki povzročajo plesnenje, bomo določili z razvrščanjem lastnosti po njihovi pomembnosti, ocenjeni z ansambelskimi metodami napovednega razvrščanja.

Naloga 2.2: Analiza podatkov o na novo izbranih poškodovanih slikah za restavriranje: Metode strojnega učenja bomo uporabili na kompleksni množici na novo pridobljenih podatkov o izbranih plesnivih slikah (N 1.2) pred restavriranjem (N = 10). Sestavo združbe gliv, ki jo bomo opredelili z gojitvenimi in negojitvenimi metodami, bomo povezali z vplivnimi dejavniki, npr. materiali.

Rezultati:

• R2.1: Napovedni modeli za poškodbe, naučeni iz obstoječih podatkov o poškodovanih / restavriranih slikah
• R2.2: Napovedni modeli za sestavo združbe gliv, naučeni iz novo pridobljenih podatkov.

Mejniki:

• M1.1: Ocene relativnega pomena za dejavnike, ki vplivajo na plesnenje slik (15. mesec)
• M1.2: Ocene relativnega pomena za dejavnike, ki vplivajo na okužbo / plesnenje slik s posameznimi vrstami gliv (24. mesec)

DS3: Načrtovanje restavratorskega posega

Trajanje: 18 – 20 mesec; Vodja: Barbka Gosar Hirci

Sodelujoči: ZVKDS

Cilj: Načrtovati konzervatorsko-restavratorski postopek za vsako od obsežno vzorčenih slik, da se izbrani materiali preskusijo v nadaljnjih korakih projekta (DS4) na izbranih glivah.

Naloga 3.1: Izbor metod in materialov za konservatorsko-restavratorske procese: Teoretično načrtovanje konservatorsko-restavratorskih procesov nam bo pomagalo pri načrtovanju sestave laboratorijskih vzorcev. Metode in materiali bodo izbrani posamezno za vsako analizirano sliko glede na njeno stanje in okoljske razmere.

Rezultati: R3.1 Seznam materialov in konservatorsko-restavratorskih posegov

Mejniki: M3.1: Načrt konservatorsko-restavratorskih procesov in materialov za vsako analizirano sliko (20. mesec)

DS4: Priprava, inokulacija in analiza laboratorijskih vzorcev

Trajanje: 24 – 28 mesec; Vodja: Katja Kavkler

Sodelujoči: ZVKDS, BF

Cilj: Zaradi omejene velikosti vzorcev umetniških del za analize so laboratorijski vzorci koristen kompromis za preučevanje kolonizacije izbranih materialov z izbranimi glivami in podrobnejše analize poškodb.

Naloga 4.1: Priprava in inokulacija "modelnih" (laboratorijskih) vzorcev: Laboratorijske vzorce bomo pripravili v skladu z analizami iz DS1 in DS2. Uporabili bomo tradicionalno tehnologijo in tipične konzervatorsko-restavracijske materiale. Del vzorcev bo umetno staran. Na podlagi dreves za napovedno razvrščanje, pridobljenih kot R2.2, bomo izbrali ključne vrste gliv - kontaminante slik na platnu. Laboratorijske vzorce bomo inokulirali z definiranimi  suspenzijami spor gliv (sporulirajoče glive) ali fragmentiranim micelijem (nesporulirajoče glive) in jih inkubirali v pogojih definirane vlage in temperature 1-4 tedne. 

Naloga 4.2: Analiza materialov barv po inokulaciji z različnimi vrstami gliv: Po inokulaciji bomo analizirali osnovne sestavine laboratorijskih slik in tudi tiste iz z glivami inokuliranih slik. Posebej se bomo osredotočili na produkte razgradnje in druge vrste sprememb v izbranih materialih z uporabo enakih ali podobnih pristopov kot pri nalogi 1.3.

Naloga 4.3: Optimizacija q-PCR za kvantifikacijo glivne kontaminacije: Laboratorijske vzorce bomo uporabili za optimizacijo kvantifikacije kolonizacije s q-PCR, in sicer na podlagi prisotnosti gena za beta-aktin. Ta metodologija bo omogočila primerjavo stopenj okužbe različnih materialov z različnimi glivami. Optimizirana metodologija bo uporabljena na osnovni DNA, ki jo bomo ekstrahirali iz originalnih vzorcev slik.

Rezultati:

• R4.1: Načrt za pripravo laboratorijskih vzorcev (ZVKDS)
• R4.2: Inokulacija laboratorijskih vzorcev z izbranimi glivami (BF)
• R4.3: Seznam sprememb laboratorijskih vzorcev, ki so jih povzročile izbrane glive (ZVKDS)
• R4.4: Optimiziran q-PCR na laboratorijskih vzorcih.

Mejniki:

• M4.1: Pripravljeni laboratorijski vzorci (24. mesec)
• M4.2: Rezultati analize materialov izbranih za laboratorijske vzorce (33. mesec)
• M4.3: Kvantifikacija glivne okužbe na laboratorijskih vzorcih in originalnih slikah (36. mesec)

DS5: Analiza podatkov in priporočila

Trajanje: 18 – 24th mesec; Vodja: Polona Zalar

Sodelujoči: IJS, BF, ZVKDS

Cilj: Zbrati, predstaviti in kritično pregledati vse rezultate vseh sodelujočih raziskovalcev.

Naloga: 5.1: Seznam smernic za obdelavo plesnive slik na platnih za restavratorje.

Rezultati:

• R5.1: Določitev kritičnih točk (materialov, pogojev hrambe) za slike na platnu v cerkvah in/ali muzejih  za kontaminacijo z glivami (ZVKDS, BF)
• R5.2: Seznam vrst gliv, razvrščenih glede na stopnjo tveganja kontaminacije za dolgotrajno celovitost slik na platnih (BF, ZVKDS)
• R5.3: Seznam sprememb razgradnje, ki jih povzročajo glive na različnih materialih (ZVKDS)
• R5.4: Seznam materialov, ki se uporabljajo pri konserviranju-restavriranju slik, testiranih za najbolj problematične glive (BF, ZVKDS)

Mejnik: M4.1 Objava skupnega seznama smernic za analizo in obnovo plesnivih slik (36. Mesec)

SICRIS povezava