Modelli di biodeterioramento delle pergamene antiche

Le pergamene vengono prodotte dalle pelli animali e sono costituite dallo strato cutaneo del derma, principalmente composto da collagene. Le pergamene antiche sono spesso deturpate da macchie viola, associate alla distruzione localizzata delle fibre di collagene.

Il primo approccio allo studio del biodeterioramento batterico delle pergamene antiche è stato fatto studiando un rotolo di pergamena del 1244 D.C., lungo cinque metri e conservato nell’Archivio Segreto Vaticano. venne redatto durante la fase preliminare del processo di canonizzazione del Beato Lorenzo Loricato. Il rotolo è danneggiato da macchie viola, che hanno determinato la delaminazione dello strato più superficiale della pergamena con perdita di leggibilità. Lo studio di questo prezioso documento è stato effettuato con tre approcci diversi: uno fisico (Light Trasmission Analysis), per caratterizzare la struttura e lo stato di conservazione della pergamena; uno chimico (Spettroscopia RAMAN), per identificare la composizione del pigmento delle macchie viola e uno metagenomico (Next Generation Sequencing, 454-pyrosequencing), per identificare i microrganismi responsabili dell'attacco microbico nelle aree viola.

L'integrazione dei risultati di questi approcci ci ha permesso di ipotizzare un modello di colonizzazione (nella figura) che spiega perché questo tipo di deterioramento della macchia viola sia comune a documenti con diverse età e storie individuali.

 

 

 

 

 

Un secondo studio, effettuato con lo stesso approccio multidisciplinare, ha coinvolto tre pergamene molto danneggiate appartenenti ad un'altra collezione dell'Archivio Segreto Vaticano, il Faldone Patrizi A 19 del XVI-XVII secolo D.C. Il Next Generation Sequencing (piattaforma Illumina) ha rivelato che nelle aree danneggiate dalle macchie viola le sequenze di DNA appartenevano all’archea Halobacterium salinarum, la spettroscopia RAMAN ha identificato il pigmento all'interno delle macchie viola come batterioruberina e batteriorodopsina di produzione archeale. La Light Transmission Analysis ha permesso di quantificare il danno alle strutture di collagene in queste pergamene. Nuovamente, l’integrazione dei risultati di questi studi ha permesso di dare una veste definitiva al modello di degradazione progressiva del collagene delle pergamene attaccate. Nel complesso, questi dati convalidano e specificano la dinamica del modello di successione microbica multifase che è riportato nella figura seguente.

Entrambi gli articoli sono stati pubblicati sulla rivista Scientific Reports del gruppo Nature; il primo ha suscitato un grande interesse mediatico: online sono stati pubblicati oltre 100 articoli in 18 lingue, da quelli orientali (cinese, giapponese, indonesiano, coreano e thailandese), a russo, galiziano, brasiliano, per menzionare solo i meno attesi ...

Questo lavoro è svolto in collaborazione con Fulvio Mercuri, del Dipartimento di Ingegneria Industriale, Silvia Orlanducci, del Dipartimento di Chimica dell’Università Tor Vergata e Alessandro Rubechini, dell’Archivio Segreto Vaticano, colleghi con cui insegniamo al Corso di Laurea Magistrale Abilitante a Ciclo Unico “Conservazione e restauro dei beni culturali”, fiore all’occhiello dell’Università Tor Vergata. Tutti noi siamo in debito con S.E.R.ma Mons. Sergio Pagano, Prefetto dell'Archivio Segreto Vaticano, che ci ha dato l'opportunità unica di lavorare nell'incredibile contesto dell'Archivio, tra i suoi chilometri di scaffalature e migliaia di documenti.

Migliore L., Perini N., Mercuri F., Orlanducci F., Rubechini A., Thaller M.C. (2019) - THREE ANCIENT DOCUMENTS SOLVE THE JIGSAW OF THE PARCHMENT PURPLE SPOT DETERIORATION AND VALIDATE THE MICROBIAL SUCCESSION MODEL Scientific Reports, in press.

The preservation of cultural heritage is one of the major challenges of today’s society. Parchments, a semi-solid matrix of collagen produced from animal skin, are a significant part of the cultural heritage, being used as writing material since ancient times. Due to their animal origin, parchments easily undergo biodeterioration: the most common biological damage is characterized by isolated or coalescent purple spots, that often lead to the detachment of the superficial layer and the consequent loss of written content. Although many parchments with purple spot biodegradative features were studied, no common causative agent had been identified so far. In a previous study a successional model has been proposed, basing on the multidisciplinary analysis of damaged versus undamaged samples from a moderately damaged document. Although no specific sequences were observed, the results pointed to Halobacterium salinarum as the starting actor of the succession. In this study, to further investigate this topic, three dramatically damaged parchments were analysed; belonging to a collection archived as Faldone Patrizi A 19, and dated back XVI-XVII century A.D. With the same multidisciplinary approach, the Next Generation Sequencing (NGS, Illumina platform) revealed DNA sequences belonging to Halobacterium salinarum; the RAMAN spectroscopy identified the pigment within the purple spots as haloarchaeal bacterioruberin and bacteriorhodopsine, and the LTA technique quantified the extremely damaged collagen structures through the entire parchments, due to the biological attack to the parchment frame structures. These results allowed to propose a model of the progressive degradation pattern of the parchment collagen. Overall, these data validate a multi-phase microbial succession model. This demonstration is pivotal to possible new restoration strategies, important for a huge number of ancient documents.


Migliore L., Thaller M.C., Vendittozzi G., Mejia A.Y., Mercuri F., Orlanducci S., Rubechini A. (2017) - PURPLE SPOT DAMAGE DYNAMICS INVESTIGATED BY AN INTEGRATED APPROACH ON A 1244 A.D. PARCHMENT ROLL FROM THE SECRET VATICAN ARCHIVE. Scientific Reports, 7: 9521
DOI: 10.1038/s41598-017-05398-7 

Ancient parchments are commonly attacked by microbes, producing purple spots and detachment of the superficial layer. Neither standard cultivation nor molecular methods (DGGE) solved the issue: causative agents and colonization model are still unknown. To identify the putative causal agents, we describe the 16 S rRNA gene analysis (454-pyrosequencing) of the microbial communities colonizing a damaged parchment roll dated 1244 A.D. (A.A. Arm. I-XVIII 3328, Vatican Secret Archives). The taxa in damaged or undamaged areas of the same document were different. In the purple spots, marine halotolerant Gammaproteobacteria, mainly Vibrio, were found; these microorganisms are rare or absent in the undamaged areas. Ubiquitous and environmental microorganisms were observed in samples from both damaged and undamaged areas. Pseudonocardiales were the most common, representing the main colonizers of undamaged areas. We hypothesize a successional model of biodeterioration, based on metagenomic data and spectroscopic analysis of pigments, which help to relate the damage to a microbial agent. Furthermore, a new method (Light Transmitted Analysis) was utilized to evaluate the kind and entity of the damage to native collagen. These data give a significant advance to the knowledge in the field and open new perspectives to remediation activity on a huge amount of ancient document.


Migliore L., Vendittozzi G., Mejia A.Y., Mercuri F., Carbonetti C., Thaller M.C., Romani M., Cicero C., Orazi N., Pasqualucci A., Marinelli M., Rubechini A. (2016) - IL ROTOLO A.A., ARM. I-XVIII 3328 DELL’ARCHIVUM ARCIS: STUDI LETTERARI E SCIENTIFICI, INTERVENTI DI RESTAURO. Dall’Archivio Segreto Vaticano. Miscellanea di testi, saggi e inventari, IX: 403-421. Clicca qui per accedere all’articolo