Новости

Московский государственный университет
имени М.В. Ломоносова
Биологический факультет

На правах, рукописи

ПЕТУШКОВА Юлия Алексеевна

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
МИКРОБИОТЫ ПАМЯТНИКОВ ИСТОРИИ И КУЛЬТУРЫ

03.00.16. - Экология
03.00.07. - Микробиология

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук

Москва - 2005

Работа выполнена на кафедре физиологии микроорганизмов Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель:
     доктор биологических наук, профессор М.В. Гусев

Официальные оппоненты:
     доктор биологических наук, профессор В.М. Горленко
     кандидат биологических наук В.П. Голиков

Ведущее учреждение: Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН им. Г.К. Скрябина

Защита диссертации состоится 02 июня 2005 г. в 15³⁰ часов на заседании специализированного совета Д.501.001.55 при Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, г. Москва, Ленинские горы, Биологический факультет, ауд. 389

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан 28 апреля 2005 г.

Отзыв в двух экземплярах просим направлять по адресу: 119899, Москва, Биологический факультет МГУ, специализированный Ученый совет Д.501.001.55

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Микробиологические исследования объектов культурного наследия ведутся активно в последние десятилетия как в России, так и за рубежом. Это связано, в первую очередь, с процессами биоповреждения памятников истории и культуры, вызванными геохимической деятельностью микроорганизмов и их ферментативной активностью в каменной кладке и настенных росписях в исторических зданиях, музеях, церквях и монастырях, на поверхности мрамора скульптур, бумаги, пергамента и кожаных переплетов книг.

Задача таких исследований - микробиологическая диагностика памятников с целью последующей разработки программы по их сохранению. Для этого необходимо не только выделить, идентифицировать все компоненты микробного сообщества, включая бактерии, микроскопические грибы, микроводоросли, и определить их количественный состав, но также оценить их физиологическую активность, которая косвенно характеризует степень разрушающего влияния. При этом наиболее полные выводы можно сделать только при условии проведения большого количества измерений. В таком случае при отборе значительного количества проб материалов объекта возможно нанесение дополнительного ущерба памятнику. Следовательно, при проведении биомониторинга, прежде всего требуется применение неразрушающих методов исследования. Кроме того, в ходе диагностического исследования необходима оптимизация выбора места взятия проб, а также использование микробиологических методов, не требующих для анализа большого количества материала.

Следует отметить также, что в современных исследованиях микробиоты памятников архитектуры недостаточное внимание уделяется изучению геохимического состава материалов, что необходимо для адекватной оценки результатов микробиологических исследований и возможности их сравнения при изучении памятников, находящихся в разных макро- и микроэкологических условиях. В таких работах принимаются во внимание в основном климатические факторы, а также температура и относительная влажность воздуха в интерьерах исторических зданий [Camuffo, 2003], при этом геохимические исследования памятников архитектуры геологами проводятся, главным образом, без микробиологического анализа. Для грамотной постановки модельных экспериментов также необходимо учитывать влияние факторов окружающей среды, которые вследствие конструктивных особенностей и географического положения исследуемых объектов могут быть разными.

В настоящее время микробиологические исследования памятников зачастую ограничиваются изучением только отдельных физиологических групп микроорганизмов: микромицетов [Кураков и др., 2004], актиномицетов [Зенова, 1998], микроводорослей [Wee, 1991]. Проводилось также изучение микробного комплекса в целом, его количественный и качественный анализ, но только в произвольно отобранных пробах и с применением ограниченного числа методов, которые не относятся к категории 'неразрушающих' [Сомова, 1999]. В результате в первом случае биодиагностика памятника является неполной, а во втором случае получают результат исследования не памятника в целом, а его отдельных произвольно выбранных участков.

Тем не менее, для точного выявления причин биоповреждения памятников необходимо вести микробиологический мониторинг, который требует анализа большого количества проб. С проблемой быстрой идентификации значительного биоразнообразия сталкиваются почвенные микробиологи [Добровольская, 1989]. Решением этой проблемы в исследовании памятников архитектуры за рубежом служит зарекомендовавшие себя в последние годы молекулярно-биологические методы идентификации, в частности, секвенирование ДНК [Gonsales et.al., 1999, Rolleke et. al., 2003]. Данный метод позволяет отобрать большое количество микропроб со всей поверхности изучаемого объекта, быстро идентифицировать бактерии и микромицеты, обнаружить некультивируемые микроорганизмы, однако он не дает точной количественной оценки микробной контаминации. Однако, в молекулярно-биологических лабораториях не проводились работы по изучению физиологических особенностей идентифицированных штаммов микроорганизмов в зависимости от материала памятника, факторов окружающей среды, влияющих на архитектурные сооружения, а также условий хранения музейных ценностей, в частности, температурно-влажностного режима.

Большинство работ связано с изучением наружных стен, однако внутренние стены памятников архитектуры и музеев также подвержены процессам микробного воздействия. В этой связи важной характеристикой служит показатель количества микроорганизмов в воздухе помещений. До сих пор работы по количественным аэромикробиологическим исследованиям в музеях проводились в основном с применением седиментационного метода, то есть без проведения точного количественного анализа [Petushkova, Kandyba, 1986].

Крупнейшие зарубежные лаборатории, занимающиеся микробиологическими исследованиями исторических памятников, в качестве основных объектов исследования рассматривают памятники архитектуры [Bock, Sand, 1993; Urzi, 2002; Krumbein; 2003, Saiz-Jimenez, 2003], реже - книги [Gallo, Valenti, 1999]. При этом особенности микробиоты музейного археологического текстиля остаются практически не изученными.

Цель и задачи. Учитывая многофакторность исследований, необходимых для микробиологической диагностики памятников истории и культуры, целью данной работы явилась разработка комплексного методологического подхода к исследованию микробиоты памятников культуры. Для этого в работе были поставлены следующие задачи:

1. Анализ и разработка методов микробиологического исследования памятников, не требующих отбора большого количества материала, а также оптимизация методов отбора проб.
2. Сравнительный анализ и выбор методов для определения влияния факторов окружающей среды (элементный состав и влагосодержание материала, воздействие температурных перепадов) на физиологическую активность микроорганизмов в пробах памятников и, как следствие, на их разрушающую способность.
3. Сравнительное аэромикробиологическое исследование музейных помещений.
4. Постановка модельных экспериментов по изучению обрастания известняка альгобактериальными сообществами в зависимости от условий влажности, температуры и содержания солей тяжелых металлов.
5. Разработка схемы комплексного методологического подхода к изучению микробиоты памятников архитектуры.

Научная новизна. На основе разработанной схемы комплексного методологического подхода проведена биодиагностика памятников архитектуры и предметов археологической кожи и текстиля.

Впервые было проведено комплексное микробиологическое исследование археологического текстиля из погребений исторического некрополя Вознесенского собора музея Московского Кремля. Результаты секвенирования ДНК, кодирующей 16S рРНК, показали, что на коже и текстиле обнаружены бактерии Paenibacillus validus, Rhodococcus opacus, Bacillus luciferensis, Kitasatospora putterlickiae, Micrococcus luteus.

Впервые с применением импакционного метода для определения экологического состояния музейных помещений проведено сравнительное аэромикробиологическое исследование экспозиционных залов и фондохранилищ, характеризующихся разными условиями микроклимата.

Впервые проведены комплексные микробиологические и геохимические исследования памятников архитектуры и прикладного искусства. Изучение элементного состава проб и микробиоты позволило выявить устойчивые к тяжелым металлам микроорганизмы, оценить их функциональную активность непосредственно на памятнике. Впервые применены на памятниках методы изучения фотосинтетической активности (ФА), анализ элементного состава рентгено-флуоресцентным методом с параллельным применением оптической микроскопии. Это дало возможность определять степень физиологической активности локальных участков биопленок на поверхности объектов.

Впервые для определения площади биопоражения стен памятников, а также известняка в модельных экспериментах применена компьютерная обработка цифровых изображений, что позволяет вести изучение динамики обрастания камня альгоцианобактериальными биопленками и образования на нем патины вследствие жизнедеятельности микромицетов.

Научно-практическая значимость. Разработан и защищен патентом способ обнаружения микроорганизмов в каменной кладке, позволяющий определить очаги микробной контаминации по распределению влагосодержания в глубине этой кладки.

Разработанная схема комплексного методологического подхода дает возможность проводить микробиологический контроль в процессе реставрации и антимикробной обработки памятников, не нанося при этом ущерба материалу в виде многократного отбора большого количества проб.

В ходе работы были проведены микробиологические исследования памятников архитектуры музея-усадьбы 'Архангельское', Ростовского и Рязанского Кремлей, Государственного музея изобразительных искусств им. А.С. Пушкина, Государственного Исторического музея, Новодевичьего монастыря, археологических предметов из текстиля и кожи музеев Московского Кремля и Государственного Исторического Музея, а также книг из библиотеки кн. Юсуповых музея-усадьбы 'Архангельское'. Полученные результаты послужили основой для осуществления последующих антимикробных обработок перечисленных памятников культуры. Основные положения и результаты работы по биодиагностике памятников архитектуры были включены в сборник методической документации в строительстве 'Правила обследования зданий, сооружений и комплексов богослужебного и вспомогательного назначения'.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на: 1 Межд. симпозиуме 'Биокосные взаимодействия: 'Жизнь и камень' (Санкт-Петербург, 2002), 7t Intern. Symposium of World Heritage Cities (Родес, Греция, 2003), Межд. научно-практич. симпозиуме 'Природные условия строительства и сохранения храмов православной Руси' (Сергиев Посад, 2003), II Межд. симпозиуме 'Биокосные взаимодействия: жизнь и камень' (Санкт-Петербург, 2004), Забелинских научных чтениях Государственного Исторического музея (Москва, 2004), на заседании кафедры физиологии микроорганизмов биологического факультета МГУ (2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, включая 1 патент, 1 - принята в печать.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 195 страницах текста и включает 39 рисунков и 23 таблицы. Работа состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы, содержащего ссылки на 249 источников, из которых 182 - на иностранных языках.