REVISIN

Biodeterioro de monumentos y biorremediacin: estado actual y perspectivas futuras

Gonzalo Gmez Alarcn1,  Cesreo Siz Jimnez2

1Acadmico Correspondiente de la Real Academia Nacional de Farmacia. 2Instituto de Recursos Naturales y Agrobiologa (IRNAS-CSIC), Sevilla.

*e-mail:


                                                                                                         Recibido el 7 de noviembre de 2013     An. Real Acad. Farm. Vol 79, N 4 (2013), pag. 562-579

RESUMEN

Durante siglos se ha intentado detener el proceso natural de destruccin de la piedra en construcciones y monumentos mediante obras de mantenimiento y reparacin, usando tcnicas y materiales tradicionales en siglos pasados como los morteros de cal y arena. A partir de la segunda mitad del siglo XX, se introducen los materiales polimricos y sintticos. En las ltimas dcadas, con el desarrollo de la biotecnologa, las propuestas de restauracin han cambiado drsticamente y se suponen superiores a los mtodos tradicionales. Sin embargo, en algunos casos, los resultados no parecen convincentes. En la primera dcada del siglo XXI se est prestando una especial atencin a la produccin de calcita por bacterias en relacin con un proceso de consolidacin de la piedra deteriorada. La limpieza de frescos y pinturas con enzimas o mediante tratamiento con bacterias es otro de los temas que despierta una especial atencin en la restauracin y conservacin de monumentos. La biotecnologa tiene mucho que ofrecer pero debe superar las barreras que actualmente la convierten en una tcnica prometedora en el campo de la conservacin del patrimonio aunque, an, de difcil aplicacin a monumentos. Su utilizacin se efecta en ensayos u objetos de dimensiones abarcables, mientras que su aplicacin a escala industrial est an por desarrollar.

Palabras clave: Deterioro; Biodeterioro; Consolidacin; Calcita; Enzimas; Bacterias sulfato-reductoras; Biotecnologa.

aBSTRACT

Monuments biodeterioration and bioremediacin: current condition and future perspectives

For centuries the man has tried to stop the natural process of deterioration of the building stones and monuments through maintenance and repairing works, using traditional techniques and materials such as mortar of lime and sand. From the second half of the 20th century, polymer and synthetic materials were introduced in conservation. In recent decades, with the application of biotechnology, the restoration proposals have changed dramatically and are supposed to be superior to traditional methods. However, in some cases, the results do not seem convincing. In the first decade of the 21st century a special attention is being paid to the production of calcite by bacteria as a process of consolidation of deteriorated stone. Cleaning of frescoes and paintings by enzymes or bacterial treatments are another issues that arouses a special attention in the restoration and conservation of monuments. Biotechnology has much to offer but must overcome the barriers that currently make it a promising technique in the field of cultural heritage conservation though, even, of difficult application to monuments. Currently, their use is restricted to test on object of manageable size, while its implementation on an industrial scale is yet to be developed.

Keywords: Deterioration; Biodeterioration; Consolidation; Calcite; Enzymes; Sulfate-reducing Bacteria; Biotechnology.

1. INTRODUCCIN

El hombre, desde tiempo inmemorial, ha utilizado la piedra como material de construccin o como soporte de sus obras de arte. Sin embargo, este material es efmero y los monumentos, esculturas y objetos de arte expuestos a la intemperie estn sometidos, por accin de los agentes atmosfricos, a un proceso de deterioro. Este fenmeno ya era conocido en la antigedad hasta el punto que Herodoto de Halicarnaso, en Los Nueve Libros de la Historia, se refera al deterioro de las pirmides, e indicaba que el salitre revienta de tal modo sobre la superficie de la tierra, que hasta las pirmides va consumiendo. En la antigedad las construcciones estaban sometidas a labores de restauracin para paliar los efectos del deterioro, como se puede comprobar en el Coliseo de Roma, donde existe una lpida del siglo V con una inscripcin en la que se agradece al prefecto de Roma su contribucin econmica para su restauracin, necesaria tras un terremoto.

El proceso de alteracin de una roca comienza tan pronto como se extrae de la cantera y entra en contacto con los agentes atmosfricos (viento, lluvia, heladas, etc.). Esta alteracin inicialmente fsica y qumica, facilita la colonizacin por microorganismos y plantas produciendo un biodeterioro, fenmeno que implica el proceso de destruccin de un material de inters para el hombre por organismos vivos o por productos de su metabolismo. El biodeterioro tiene una connotacin negativa (destruccin de construcciones, pinturas murales, libros, objetos de madera, etc.), en oposicin a la biodegradacin.

La biodegradacin es una descomposicin orgnica por microorganismos, en la que los materiales pueden transformarse en sustancias ms simples, caso de contribuir al reciclaje de nutrientes o a la eliminacin de contaminantes en la naturaleza (pesticidas, plsticos, etc.).

Biodegradacin y biodeterioro son trminos que se confunden fcilmente y son  utilizados indistintamente, tanto en la literatura cientfica como en el lenguaje coloquial, y que se deben utilizar en su propio contexto.

Recientemente, se est prestando atencin al concepto bio-receptividad (1), que se define como "la capacidad de un material para ser colonizado por uno o varios grupos de organismos vivos sin sufrir necesariamente un biodeterioro", o como "la totalidad de las propiedades de los materiales que contribuyen al establecimiento, colonizacin y desarrollo de fauna y flora. Segn Guillitte (2) se pueden distinguir tres tipos de bio-receptividad: primaria, que corresponde al potencial intrnseco de un material para ser colonizado; secundaria, que es la habilidad de un material alterado por el efecto de los agentes atmosfricos para ser colonizado; y terciaria, que es la colonizacin de un material ya alterado por el hombre, como por ejemplo, despus de un tratamiento de conservacin. Recientemente se ha descrito un caso de bio-receptividad terciaria en la iglesia de San Roque, Campeche, Mxico (3). Con todo, los casos ms frecuentes son los de bio-receptividad secundaria, ya que la alteracin de una roca expuesta a la intemperie cuyos elementos minerales han sido movilizados por los agentes atmosfricos, facilita la colonizacin de microorganismos y organismos fototrficos.

Prcticamente la totalidad de grupos de microorganismos, sean quimiosintticos, hetertrofos o fottrofos intervienen en el deterioro de la piedra y materiales de construccin (calizas, areniscas, morteros, adobe, ladrillos), mientras que otros grupos de organismos son selectivos en la alteracin de determinados tipos de materiales (basidiomicetos especializados en la degradacin de la madera, bacterias celulolticas que deterioran el papel, etc.).

Los organismos implicados en los procesos de biodeterioro de monumentos abarcan desde las bacterias, arqueas, hongos, algas, lquenes y musgos hasta las plantas superiores (4). En muchos casos aparece una colonizacin inicial por organismos pioneros (bacterias, algas, lquenes) que abren el camino a otros, pudindose observar sucesiones de distintas comunidades. As, tenemos como ejemplos la colonizacin bacteriana de pinturas rupestres (5), los ataques de hongos en pinturas murales modernas (6) o monumentos (7-9), la colonizacin de algas en ambientes subterrneos, favorecidas por la humedad y la iluminacin artificial (10, 11), o a la intemperie (12) y la destruccin de mosaicos por lquenes, musgos y plantas superiores (13). En ciertos casos estos procesos de biodeterioro pueden controlarse o evitarse con un mantenimiento adecuado y la aplicacin de estrategias preventivas. Ms drstica es la utilizacin de biocidas, no siempre recomendada (14, 15), y cuyo empleo est determinado por la propia naturaleza del monumento u obra de arte a conservar.

En los ltimos aos se han estudiado una serie de casos de biodeterioro en distintos monumentos que aportaron, junto al diagnstico del proceso, medidas de conservacin (3, 16, 17). Uno de los casos ms frecuentes en cuevas visitables es la colonizacin de cianobacterias y algas, que suelen desarrollarse en el suelo, las estalactitas y estalagmitas, y en las paredes en aquellos lugares donde existen puntos de iluminacin para la visita turstica, como la cueva Tito Bustillo, en Ribadesella (18) o la cueva del Tesoro, en el Rincn de la Victoria (Figura 1). En posteriores visitas a estas cuevas se observ que la eliminacin de algunos de estos focos condujo a la desaparicin de la comunidad fotosinttica. Sin embargo, el aporte de materia orgnica proporcionada por los polisacridos extracelulares de las cianobacterias puede dar lugar a la proliferacin de comunidades de bacterias y hongos, capaces de utilizarlos como fuente de carbono, si no se eliminan adecuadamente (19). Recientemente se ha efectuado un estudio sobre la eliminacin de microorganismos fotosintticos en cuevas catalanas combinando biocidas y modificando el sistema de iluminacin (20).

Figura 1.- Crecimiento de cianobacterias y algas sobre las paredes de la Cueva del Tesoro, Rincn de la Victoria, Mlaga, debido a la iluminacin.

En Espaa se han estudiado las comunidades microbianas de las pinturas murales de la necrpolis de Carmona habindose encontrado una interesante asociacin entre cianobacterias y arqueas (21), mientras que en la cueva de Altamira y Tito Bustillo se demostr la presencia de acidobacterias (5). Su funcin metablica en esos ecosistemas es actualmente desconocida y su estudio constituye una lnea actual de investigacin.

Hace treinta aos se estudi el deterioro de las pinturas murales del monasterio de La Rbida (Huelva), por la contaminacin ambiental de un Polo Industrial (6). Se demostr que esta contaminacin afectaba a las pinturas y que la deposicin de los gases y aerosoles orgnicos e inorgnicos sobre los murales, as como la filtracin de agua a travs de los muros condujeron a su deterioro y posterior colonizacin por bacterias y hongos. En dichas pinturas la presencia del hongo Cladosporium sphaerospermum represent un importante factor de biodeterioro. La restauracin de las pinturas, el control de los parmetros ambientales, entre ellos evitar la entrada de aire del exterior, la impermeabilizacin de los muros exteriores y la perforacin de estos e introduccin de una barrera de resina epoxdica para evitar el ascenso por capilaridad del agua del subsuelo, permiten hoy contemplar los murales en todo su esplendor.

Cuando se estudia la conservacin de los monumentos, uno de los aspectos ms dramticos es comprobar, bien mediante observaciones a lo largo de los aos o mediante documentacin fotogrfica, el acelerado proceso de biodeterioro y cmo las plantas son capaces de invadir y deteriorar pirmides mayas (22), mosaicos romanos excavados y expuestos a la intemperie (23), o invadir y fracturar estatuas, debido a la presin ejercida por sus races (Figura 2).

Figura 2.- Daos producidos por plantas en una estatua de terracota de la Puerta del Perdn, Catedral de Sevilla, en el ao 1990.

En la ciudad romana de Itlica, Espaa, tenemos ejemplos de mosaicos exhumados en 1912, que tras su descubrimiento se encontraban en buen estado de conservacin, y que en 75 aos haban desaparecido completamente, debido a la ausencia de mantenimiento y proteccin (Figura  3). La accin destructiva de las plantas vasculares puede observarse en cualquier edificio histrico o monumento carente de mantenimiento y limpieza y es particularmente importante en climas tropicales. Su invasin representa la etapa final del proceso de biodeterioro y conduce a la larga a su ruina total. Este tipo de biodeterioro es comn en todos los monumentos y pases.

Figura 3.- Mosaico del Pasillo de la Casa de Neptuno, Itlica. Descubierto en 1912 (izquierda), y aspecto en 1987 (derecha).

2. CONTROL DEL DETERIORO

Durante siglos se ha intentado detener el proceso natural de destruccin de la piedra mediante obras de mantenimiento y reparacin, usando tcnicas y materiales tradicionales en siglos pasados como los morteros de cal y arena y, a partir de la segunda mitad del siglo XX, mediante materiales polimricos y sintticos. Mientras que este tipo de reparaciones encuentran buena acogida en los casos de deterioro por efecto de los agentes atmosfricos, en los casos de biodeterioro el problema es mucho ms complicado, ya que requiere una previa, y efectiva, eliminacin del agente biolgico que causa el problema. Desgraciadamente ello no suele ser as en la mayora de los casos, y los arquitectos y conservadores habitualmente no tienen en cuenta ni toman medidas adecuadas para controlar el biodeterioro. Algunos ejemplos dan buena prueba de ello, como en los casos de la ciudad romana de Baelo Claudia (24) o la iglesia de San Roque en Campeche, Mxico (3).

Desde tiempo inmemorial se ha utilizado la lechada de cal para consolidar la superficie de la piedra debido a que el hidrxido clcico se carbonata fcilmente en presencia del dixido de carbono atmosfrico originando la formacin de calcita. La lechada conduce a la formacin de una capa superficial de cristales de calcita, de espesor micromtrico, que se considera confiere una proteccin o consolidacin insuficiente, ya que no penetra profundamente en la piedra deteriorada. Sin embargo, en las ltimas dcadas ha sido frecuente la utilizacin de polmeros sintticos como consolidantes y protectores de la piedra y de pinturas murales, pero estos compuestos orgnicos se descomponen por su exposicin a los agentes atmosfricos y tambin pueden ser utilizados por microorganismos como fuentes de carbono.

En el ltimo tercio del siglo XX se increment el uso de polmeros sintticos como consolidantes. Entre ellos destaca el frecuente empleo de la resina acrlica Paraloid B72. En 1996 Ario y Saiz-Jimenez (24) detectaron que los capiteles de columnas de la ciudad romana de Baelo Claudia, consolidados con resina acrlica, mostraban un crecimiento endoltico de lquenes. En efecto, en la superficie de la capa de resina aplicada a los capiteles estucados aparecan estructuras liqunicas, que emergan al exterior destruyendo la resina. La observacin al microscopio electrnico de barrido mostr claramente tales evidencias.

Por otra parte, Kigawa et al. (25) comprobaron que los hongos aislados del interior de tmulos japoneses del siglo VII y IX eran capaces de crecer sobre muestras de Paraloid B72, mientras que Capitelli et al. (26) mostraron que los mrmoles de la catedral de Miln, tratados en 1972 con resinas acrlicas, presentaban un ennegrecimiento atribuible a la colonizacin por hongos dematiceos, entre los que destacaban Cladosporium spp. y levaduras negras. El envejecimiento natural del polmero por exposicin a los agentes atmosfricos puede facilitar su posterior colonizacin y utilizacin como fuente de carbono por los microorganismos (27).

En los ltimos aos, con el desarrollo de la biotecnologa, las propuestas de restauracin han cambiado drsticamente y se suponen superiores a los mtodos tradiciones. Sin embargo, en algunos casos los resultados no parecen convencer a los especialistas en el tema. As, a finales del siglo XX y en primera dcada del XXI, se ha prestado una especial atencin a la produccin de calcita por bacterias en relacin con un supuesto proceso de consolidacin de la piedra deteriorada. La precipitacin de calcita era un proceso comn en bacterias del suelo cultivadas en el laboratorio en un medio de acetato clcico como fuente de carbono (28). Le Mtayer-Levrel et al. (29) consideraron que este proceso de biomineralizacin de la calcita era de inters para la consolidacin de los materiales ptreos. Estos autores utilizaron Bacillus cereus para el tratamiento de consolidacin, mientras que De Muynck et al. (30) emplearon Bacillus sphaericus en la consolidacin de cinco calizas utilizadas en monumentos franceses y belgas.  A tal fin, sumergieron durante 24 horas diferentes probetas en un medio de cultivo donde se inocul previamente la bacteria y se incub durante 24 horas. Despus las probetas se secaron con papel de filtro y se sumergieron nuevamente, durante cuatro das, en un medio con urea y cloruro clcico, que los autores denominaron medio de biodeposicin. La profundidad de la biodeposicin dependi de la porosidad de la piedra, y aquellas con macroporos presentaron una mayor deposicin de calcita y resistencia al ensayo de congelacin-descongelacin y de resistencia a las sales. Obviamente este ensayo tiene difcil aplicacin en el campo real.

Rodrguez-Navarro et al. (31) consideraron que los Bacillus no eran adecuados para este tipo de tratamiento debido a una serie de inconvenientes, entre los que destacaban una inefectiva consolidacin debida a la deposicin superficial de calcita, as como a la formacin de biopelculas que taponaban los poros o de endosporas que pueden germinar de forma incontrolada en condiciones favorables. Estos autores propusieron como alternativa el empleo de Myxococcus xanthus, que produce cristales de calcita y vaterita en el sistema poroso de la piedra, hacindola ms resistente a los test mecnicos (sonicacin) y ms resistente a los ataques cidos. La deposicin de calcita ocurre en el laboratorio entre los primeros cinco y diez das. Por otra parte, esta bacteria no completa su ciclo biolgico en cultivo y la falta de humedad en la piedra conduce a su muerte, lo que evita posteriores crecimientos indeseables. Sin embargo, estos y otros experimentos en el laboratorio tienen difcil extrapolacin a la consolidacin de paramentos monumentales por su gran extensin y parecen restringidos a pequeas piezas ms manejables (esculturas, objetos en piedra).

Recientemente, Daskalaki et al. (32) propusieron el uso de especies de Pseudomonas, Pantoea y Cupriavidus como candidatas para la bioconsolidacin de materiales ptreos. El experimento result ambiguo, ya que utilizaban probetas de mrmol directamente extrado de la cantera y es conocida la escasa porosidad de este material. Los autores reconocieron la deposicin de calcita y vaterita biognicas sobre la superficie del mrmol utilizando una modificacin del mtodo de Boquet et al. (28), conocido por favorecer de forma prcticamente universal la formacin de calcita por bacterias.

Otra de las recientes innovaciones biotecnolgicas es el empleo de enzimas para la limpieza de pinturas murales y eliminacin de ptinas de suciedad en la superficie de los monumentos. Se suelen emplear lipasas, proteasas, etc. Estas enzimas se han mostrado efectivas en la eliminacin de materiales orgnicos habitualmente utilizados en la consolidacin y restauracin de pinturas (colas animales y casena), pero tienen la desventaja de su deterioro con el tiempo debido al envejecimiento y prdida de sus propiedades, junto a, en otros casos, la utilizacin por microorganismos de las protenas como fuentes nutritivas. Ello da lugar al deterioro de las pinturas y la necesidad de la eliminacin de las protenas por sus efectos bien nocivos o antiestticos.

Beutel et al. (33) propusieron un mtodo efectivo para eliminar de forma controlada las capas de casena deteriorada de la superficie de pinturas murales. La casena se utiliza para consolidar las pinturas, pero a lo largo del tiempo, esta se vuelve dura y termina por despegarse de la superficie pictrica. As, en los frescos medievales de dos iglesias alemanas se encontraron capas de casena aplicadas en los ltimos 60 aos para consolidar los pigmentos y evitar su cada. Estos frescos se encontraban en un alarmante estado de deterioro debido al envejecimiento de la protena. Los autores aplicaron Alcalase 2.5 DX L, conocida por su efecto proteoltico, inmovilizada en una membrana de celulosa y observaron una digestin proteoltica controlada, procediendo a la eliminacin de los restos de casena mediante lavado a travs de una membrana de celulosa, en un proceso de 30 minutos de duracin. Los mtodos habituales de eliminacin de la casena incluyen la remocin mecnica y utilizacin de solventes orgnicos y el mtodo propuesto por Beutel et al. (33) competa ventajosamente y pareca ms controlable.

Ranalli et al. (34) combinaron el empleo de bacterias y enzimas en la restauracin de un fresco muy deteriorado en Pisa, a fin de eliminar la cola animal usada en su consolidacin. El procedimiento consisti en la aplicacin de Pseudomonas stutzeri, siendo el mtodo ms efectivo la utilizacin de una capa de algodn empapada con una suspensin de bacterias sobre la superficie del fresco, durante un periodo de 8-12 horas frente a otras aplicacin mediante spray o pincel. Sin embargo, la completa eliminacin de la cola dependi del grosor de la capa y, en los casos en que esta no result totalmente efectiva, se llev a cabo una etapa final que implicaba la aplicacin de enzimas: proteasa y colagenasa, con lo que se consigui la completa eliminacin de la cola. El coste del proceso, comparado con los mtodos tradicionales, result mucho menor.

Valentini et al. (12) presentaron un nuevo procedimiento de limpieza biolgica para eliminar la ptina biolgica de la piedra, consistente en el uso de glucosa oxidasa capaz de producir in situ perxido de hidrgeno (agente de limpieza con propiedades oxidantes). El xito dependi de la porosidad de la piedra y de la profundidad de la ptina. La validacin del mtodo, que result ventajoso, se efectu frente a procedimientos tradicionales (solucin tampn de NH4)2CO3 y EDTA y tratamientos con lipasa.

Uno de los principales efectos de la contaminacin atmosfrica en ambientes urbanos es el ennegrecimiento de las fachadas de edificios y monumentos. Ello se debe a la formacin de costras negras sulfatadas originadas por el dixido de azufre, hidrocarburos y materia particulada (holln) emitidos por los tubos de escape de los vehculos. En esas condiciones se forma cido sulfrico que ataca la caliza formando yeso (sulfato clcico dihidratado), que suele cristalizar englobando el holln y toda la materia depositada sobre la superficie de los monumentos (35).

Las costras negras se pueden eliminar mediante limpieza mecnica (Figura 4) o utilizando bacterias.  Los pioneros en este tipo de tratamientos fueron Atlas et al. (36) y Gauri et al. (37) quienes aplicaron Desulfovibrio desulfuricans a piezas de mrmol y a una estatua recubierta de costras negras sulfatadas a fin de eliminar la ptina de deterioro. La estatua se sumergi en el medio de cultivo y, despus de 24 horas, las costras negras se eliminaron casi completamente. Esta metodologa presenta obviamente dificultades en su aplicacin ms extensiva a fachadas de monumentos.

Figura 4.- Fachada del Rectorado de la Universidad de Sevilla durante su primera limpieza mecnica hace unos 25 aos. Con posterioridad se han efectuado nuevas limpiezas en los ltimos aos.

Tras estas investigaciones iniciales, Ranalli et al. (38) emplearon Desulfovibrio desulfuricans y Desulfovibrio vulgaris para la limpieza de mrmol con costras negras sulfatadas. En vez de sumergir los objetos en el medio de cultivo, estos autores utilizaron sepiolita como vector de las bacterias, ya que las bacterias colonizaron la sepiolita y permitieron un mejor contacto con la superficie a tratar. Tras 36 horas de tratamiento se elimin un 80% del sulfato inicial. El inconveniente de este mtodo fue el tiempo requerido para la colonizacin efectiva de la sepiolita (de diez a catorce das) y que el sulfuro de hidrgeno producido reaccionaba con el hierro del medio de cultivo formando precipitados de sulfuro de hierro. Posteriormente, Capitelli et al. (39) utilizaron Desulfovibrio vulgaris subsp. vulgaris para la limpieza de costras negras, demostrando que se eliminaba un 98% de sulfato en 45 horas de tratamiento y evitando la precipitacin de sulfuro de hierro al utilizar un medio de cultivo sin este elemento. Capitelli et al. (40) compararon la efectividad de una limpieza qumica con EDTA frente a la biolgica en un altorelieve de la catedral de Miln. Estos autores comprobaron que la limpieza con Desulfovibrio vulgaris subsp. vulgaris fue ms efectiva que la realizada con EDTA.

Giovent et al. (41) investigaron la eficiencia de diferentes tratamientos para la eliminacin de costras negras sulfatadas. Junto al tratamiento biolgico con Desulfovibrio vulgaris subsp. vulgaris ensayaron la limpieza con lser y la qumica con carbonato amnico en diferentes tipos de materiales de la catedral de Florencia: mrmol, serpentina y marga. Los resultados obtenidos demostraron que la limpieza con lser no fue particularmente eficiente, ya que no elimin completamente las costras. El tratamiento qumico dejaba tambin algunas costras sin eliminar, incluso despus de varias aplicaciones y result ser el menos controlable de los mtodos empleados. El mtodo biolgico adems de ser el ms efectivo tena la ventaja adicional de que el calcio liberado en la disolucin del yeso reaccionaba con dixido de carbono producido por la bacteria formando calcita, por lo que tena al mismo tiempo un efecto consolidante.

Ms recientemente, Troiano et al. (42) combinaron eficientemente la bacteria sulfato-reductora utilizada habitualmente en anteriores trabajos (38-41) con un pretratamiento con un detergente no-inico (Tween 20) para eliminar las costras negras sulfatadas de una estatua del Cementerio Monumental de Miln. Los dos tratamientos conjuntos produjeron una reduccin del 70% en el tiempo total necesario para la limpieza con respecto al tratamiento biolgico individual (Figura 5). Por ltimo, tambin se ensay la limpieza biotecnolgica en dos estatuas del Castillo del Buen Consejo en Trento, Italia, seguida de un posterior tratamiento con el biocida Biotin N con ptimos resultados. El objetivo fue eliminar las costras negras sulfatadas as como la colonizacin biolgica existente (bacterias, cianobacterias, algas y hongos) que tean las estatuas con diversos colores verde, verde oscuro y negro (43).

Figura 5.- Monumento funerario realizado por Lina Arpesani en 1921 en memoria de Neera, la poetisa Anna Zuccari, antes (izquierda) y despus (derecha) de la limpieza biolgica. Fotos cortesa de la Dra. Francesca Cappitelli, Universidad de los Estudios de Miln, y de la empresa Micro4You que proporcion las bacterias usadas en la limpieza de la estatua.

No solo el sulfato, sino tambin el nitrato, se puede eliminar mediante tratamiento biolgico. Alfano et al. (44) ensayaron conjuntamente, y por separado, un tratamiento con Pseudomonas pseudoalcaligenes y Desulfovibrio vulgaris para la eliminacin de sulfatos y nitratos. En 24 horas este procedimiento elimin el 55% del nitrato y el 85% de los depsitos de sulfato. Bosch Roig et al. (45) demostraron que una aplicacin de 90 minutos de Pseudomonas stutzeri sobre agar proporcionaba una limpieza efectiva de eflorescencias insolubles de nitratos depositadas sobre la superficie de una pintura mural en Valencia, con una reduccin del 92% del nitrato.

Por otra parte, no solo las bacterias sulfato-reductoras resultan efectivas en la eliminacin de costras negras sulfatadas. Las costras representan tambin una fuente de azufre para las cianobacterias, que lo utilizan para la sntesis de protenas y de la vaina. La carencia de azufre en un medio de cultivo produce cambios ultraestructurales notables en las cianobacterias (46, 47). Igualmente,  especies de Bacillus y Pseudomonas utilizaron como fuente de carbono los hidrocarburos policclicos aromticos presentes en las costras negras sulfatadas (48), lo que contribuye a una detoxificacin de la carga contaminante presente en las costras negras (49).

3. CONSIDERACIONES FINALES

La identificacin de la microflora colonizadora, as como la evaluacin de los daos del biodeterioro son de gran importancia ya que permiten la determinacin del tipo de colonizacin, bio-receptividad y el diseo de intervenciones efectivas para reducir el dao y obtener una prevencin a largo plazo del monumento deteriorado. Por lo tanto, para el control y la erradicacin de microorganismos de las superficies de monumentos se suelen utilizar frecuentemente biocidas en un protocolo de restauracin (50). Sin embargo, la aplicacin de biocidas no es siempre una norma de intervencin y suelen darse casos en los que su no utilizacin origina nuevos daos en el monumento restaurado (3).

Los biocidas son compuestos qumicamente activos que pueden influir negativamente en la salud humana y en el ambiente. Cuando se utilizan biocidas los requisitos necesarios son una baja toxicidad y una elevada eficacia contra la amplia gama de microorganismos que colonizan los monumentos y objetos artsticos. Actualmente se est recomendando, como una alternativa a los biocidas convencionales, el uso de tratamientos fotocatalticos, tales como nanocompuestos de TiO2-SiO2, para prevenir el biodeterioro y, a largo plazo, obtener una limpieza automtica para el material de construccin. Sin embargo, estos productos deben cumplir una lista especfica de requisitos qumicos, fsicos y estticos. Por lo tanto, actualmente se estn llevando a cabo ensayos aplicando tratamientos fotocatalticos en rocas monumentales, con el fin de disear el tratamiento ms efectivo para la eliminacin de las comunidades microbianas activas y evaluar sus propiedades de limpieza (51, 52). Este procedimiento puede proporcionar estrategias eficaces para minimizar el biodeterioro y para el desarrollo de nuevos tratamientos sostenibles basados en la nanotecnologa.

En el campo de la conservacin del patrimonio, unos autores abogan por una conservacin preventiva, mejor que actuar directamente sobre el monumento u objeto artstico en cuestin o aplicar biocidas. De esta forma, un control de las condiciones ambientales en las que se encuentra el bien a conservar se considera mucho ms efectivo que un tratamiento, que puede comportar una agresin y posterior deterioro. As, en los archivos y bibliotecas, donde en los casos de elevada humedad proliferan los hongos que atacan el papel y pergaminos, el mantener una temperatura por debajo de 18C y una humedad relativa no superior al 65% impide el crecimiento de microorganismos. Claramente este control solo puede realizarse en archivos y museos o en frescos y pinturas en el interior de edificios, pero no en monumentos expuestos a la intemperie.

Otra medida es el adecuado mantenimiento, que ayuda claramente a evitar problemas, sobre todo la limpieza peridica de polvo y suciedad que se depositan sobre los objetos. A este respecto, un estudio efectuado en el Retablo Mayor de la catedral de Sevilla demostr que la acumulacin de polvo y humedad conducan a una alteracin de las maderas y policroma (Figura 6). La composicin del polvo fue muy heterognea, incluyendo partculas minerales resultantes del deterioro de los materiales de construccin de las bvedas, fragmentos de elementos decorativos (policroma y dorado), productos de la contaminacin atmosfrica, as como fragmentos de insectos y arcnidos, excrementos de aves, adems de un significativo y elevado nmero de bacterias y esporas de hongos, que han sido eliminados en la reciente restauracin del retablo.

Figura 6.- Ensayo de limpieza efectuado en el Retablo Mayor de la Catedral de Sevilla en el ao 2012.

Por otra parte, en las dos ltimas dcadas se han publicado una serie de investigaciones proponiendo la utilizacin de bacterias y enzimas para limpieza y consolidacin de bienes culturales. Mientras que los ensayos presentados, a escala reducida, tanto en el laboratorio como in situ, parecen ser prometedores, la aplicacin real puede ser compleja por las grandes superficies a tratar, el volumen de lquido a utilizar, el periodo de aplicacin necesario, etc. y, de hecho, la eliminacin de costras negras sulfatadas en monumentos, a escala industrial, suele seguir efectundose mediante limpieza mecnica o con limpieza lser en pequeos objetos o estatuas.

La transferencia del laboratorio al campo cuenta con grandes inconvenientes, particularmente en los casos de consolidacin con calcita procedente de bacterias. En estos casos es dudosa la capacidad de penetracin en el sistema poroso y que la calcita cristalice y consolide en el interior de la piedra. Se considera que en la mayora de los casos se produce una bioprecipitacin superficial o en poros cercanos a la superficie. Los trabajos publicados no suelen presentar datos sobre la aplicacin de ensayos normalizados de anlisis de resistencia de materiales en probetas consolidadas por bioprecipitacin  y solo en algunos casos se indica que las probetas son ms resistentes a la sonicacin o que la calcita de origen biognico es ms insoluble que la calcita producida inorgnicamente, argumentndose que se debe a la incorporacin de molculas orgnicas producidas durante el metabolismo de las bacterias (53).

La biotecnologa tiene mucho que ofrecer pero debe superar las barreras que actualmente la convierten en una tcnica prometedora en el campo de la conservacin del patrimonio aunque resulta de difcil aplicacin a casos reales con grandes extensiones de fachadas. Su empleo se efecta en ensayos u objetos de dimensiones abarcables, mientras que su aplicacin a escala industrial est an por desarrollar.

5. AGRADECIMIENTOS

Este estudio ha sido financiado por el proyecto Consolider, TCP CSD2007-00058. Se agradece al Cabildo Catedral de Sevilla y a la empresa gora las facilidades para el estudio del Retablo Mayor.

6. REFERENCIAS

1.  Miller, A.Z., Sanmartn, P., Pereira-Pardo, L., Dionsio, A., Saiz-Jimenez, C., Macedo, M.F., Prieto, B. (2012) Bioreceptivity of building stones: a review. Sci. Total Environ. 426: 1-12.

2.     Guillitte, O. (1995) Bioreceptivity: a new concept for building ecology studies. Sci. Total Environ. 167: 215-220.

3.     Jurado V., Miller, A.Z., Cuezva, S., Fernandez-Cortes, A., Benavente, D., Rogerio-Candelera, M.A., Reyes, J., Caaveras, J.C., Sanchez-Moral, S., Saiz-Jimenez, C. (2013) Recolonization of mortars by endolithic organisms: a case of tertiary bioreceptivity on the walls of San Roque Church in Campeche (Mexico). Constr. Build. Mater. (en prensa).

4.     Saiz-Jimenez, C. (2001) The biodeterioration of building materials. En: J. Stoecker II (ed.), A Practical Manual on Microbiologically Influenced Corrosion, vol. 2. NACE, Houston, pp. 4.1-4.20.

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