Microorganismos y conservación del patrimonio. El caso de Rubrobacter

La conservación del patrimonio es algo importante no sólo por el valor estético, sino por la historia que tan importante que cuenta sobre nosotros. Obviamente a las bacterias, los hongos y otros microorganismos no les importa demasiado que una pared esté adornada con un fresco centenario, por eso cada vez más la conservación de edificios históricos empieza a ser un territorio también para la microbiología 

 Primary bioreceptivity test showing differential colonization
depending on the intrinsic characteristics
of each substratum, mainly on the surface roughness

Uno de los grandes problemas en la conservación de revestimientos, frescos, fachadas y otros adornos hechos en cal, es la perdida de los colores originales. La decoloración produce daños estructurales que  pueden deberse a la destrucción de los pigmentos originales, o a la formación de biopigmentos como la clorofila, los carotenos o la melanina.

Imagen 1 Colonización por biofilms de
vidrieras.

En algunos casos estos pigmentos de origen bacteriano llegan a formar una pátina estable al incluirse como partículas bioactivas en oxalatos, carbonatos, yesos, hierro y óxidos de manganeso. Tenemos bacterias que llegan a incluir sus biopigmentos incluso en vidrieras.

Pero en esta entrada nos vamos a centrar en unos microorganismos que causan decoloración rosada en murales y otros revestimientos pintados sobre piedra o cal.

Tradicionalmente el estudio de las biopelículas bacterianas que causan decoloración rosada, se ha hecho mediante toma de muestras y posterior aislamiento en laboratorio. Por desgracia parece ser que en este caso, como en muchos otros, la mayoría de los microorganismos causantes de esta degradación no llegaban a crecer en cultivos... Claro, de esto se dieron cuenta cuando se empezaron a usar métodos moleculares, más concretamente la secuenciación masiva de los biofilms presentes en las zonas degradadas, y no fue poca la diferencia... Se encontraron entre un 9 y un 90% de secuencias que no correspondían a lo que inicialmente se había aislado en el laboratorio.

De este 90% un 70% correspondía a un mismo género conocido como Rubrobacter.

El género Rubrobacter pertenece a las Actinobacterias que son muy abundantes en los monumentos deteriorados y particularmente interesantes en cuanto a biodeterioro, debido a que su naturaleza micelial, les confiere una gran capacidad de penetración en el sustrato. Además, producen como metabolitos secundarios pigmentos y sustancias bioactivas, que inhiben el crecimiento de otros microorganismos y posibilitan el crecimiento de las cepas productoras. También son capaces de inducir la cristalización de sales y formar eflorescencias, las cuales contribuyen en gran medida al deterioro.(1)

El género Rubrobacter se enmarca en las Gram positivas con alto contenido en G+C, actualmente el género contiene 4 especies, la más reciente (R. bracarensis) aislada por el IRNAS-CSIC Sevilla hace unos meses (2).

Phylogenetic tree, based on 16S rRNA gene sequences, showing the relationship between strains VF70612 S1T, VF70612 S4, VF70612 S5 and species belonging to the subclass Rubrobacteridae. Fuente. 

El lugar original donde se encontraron estas bacterias de forma "natural" es de lo más curioso. Casi todas ellas fueron aisladas en aguas termales contaminadas, algunas incluso radioactivas. Esto hace que su cultivo en laboratorio sea muy complejo, siendo las condiciones óptimas de crecimiento un pH cercano a 8 y 60ºC durante varios meses.  En el caso de R radiotolerans y R. xylanophilus además se produce la formación de pigmentos rosados propios de bacterias halófitas, que son los que dan ese color a los biofilms que degradan los murales. 

¿Qué pigmento son?, pues parece que se trata de bacterioruberinas y monoanhidro-bacterioruberinas. Pigmentos derivados del licopeno, precursores del retinal, que suele formar el "ojo de las bacterias" o bacteriorodopsina. 

Bacterioopsin-Mediated Regulation of Bacterioruberin Biosynthesis (Fuente)

Por si os interesa también os pongo la estructura 3D del pigmento en cuestión

Architecture of the trimeric phR–bacterioruberin complex. Fuente

Una vez aclarado el origen del color rosado que esta fastidiando la herencia cultural, os hago una pregunta... ¿no veis curioso el lugar donde se aislaron inicialmente estas bacterias frente al lugar donde ahora las estamos describiendo? Los investigadores se preguntaron esto mismo.
¿Cómo unas bacterias propias de manantiales calientes, aguas fuertemente contaminadas e incluso radioactivas, crecen en las frías y secas paredes de los murales de muchas iglesias?

Se comprobó que la temperatura en las zonas afectadas por Rubrobacter era de 15ºC y muy estable, se descartó también la presencia de radiaciones de cualquier tipo, y llegados a este punto los investigadores pensaron que quizás ocurría algo parecido al caso de Deinococcus. 
Deinococcus radiodurans es una bacteria que tolera dosis de radiación altísimas, llegando a vivir en centrales nucleares o cementerios de residuos nucleares. Durante mucho tiempo los biólogos evolutivos se preguntaban que sentido tenía que una bacteria fuese capaz de soportar tales dosis de radiación en un mundo donde de forma natural nunca se daban casos donde esa resistencia pudiese ser una ventaja.  Sin embargo se descubrió que la resistencia a la radiación era una ventaja colateral de la adaptación a la desecación. Y es quizás este el mismo caso de Rubrobacter radiotolerans y sus hermanas, puede que esa tolerancia a la desecación le ha dado la ventaja para colonizar las paredes secas y cargadas de minerales de nuestras capillas e iglesias.  Quizás para una bacteria no exista mucha diferencia entre una pared pintada con un bello mural y un río contaminado...

 (1) Presencia de actinobacterias del género Rubrobacter en tumbas de la Necrópolis de Carmona

L. Laiz, V. Jurado, E.A. Akatova, J.M. González y C. Saiz-Jimenez
Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla, CSIC. Apartado 1052, 41080 Sevilla 
http://digital.csic.es/bitstream/10261/39123/1/Presencia%20de%20actinobacterias%20del%20género%20Rubrobacter.pdf

(2)Jurado V, Miller AZ, Alias-Villegas C, Laiz L, & Saiz-Jimenez C (2012). Rubrobacter bracarensis sp. nov., a novel member of the genus Rubrobacter isolated from a biodeteriorated monument. Systematic and applied microbiology, 35 (5), 306-9 PMID: 22776713

Imagen 1: Guadalupe Piñar, Maite Garcia-Valles, Domingo Gimeno-Torrente, Jose Luis Fernandez-Turiel, Jörg Ettenauer, Katja Sterflinger, Microscopic, chemical, and molecular-biological investigation of the decayed medieval stained window glasses of two Catalonian churches, International Biodeterioration & Biodegradation, Available online 15 May 2012, ISSN 0964-8305, 10.1016/j.ibiod.2012.02.008.

(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0964830512000911)

Keywords: Stained glasses; Biodeterioration; Bio-pitting; Patinas; Mineral precipitation; Microbial communities; Molecular methodsSchabereiter-Gurtner C, Piñar G, Vybiral D, Lubitz W, & Rölleke S (2001). Rubrobacter-related bacteria associated with rosy discolouration of masonry and lime wall paintings. Archives of microbiology, 176 (5), 347-54 PMID: 11702076

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Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Química organizado por @bioamara en el blog La Ciencia de Amara