شناسایی و تفکیک قارچ‌ها به روش ATR-FTIR در یک مجموعه آثار چرمی مربوط به عصر سلجوقی

چکیده:

آسیب‌های زیستی نقش مهمی در تخریب آثار تاریخی از جمله چرم دارند. در این میان میکروارگانیسم‌ها، از مهم‌‌ترین عوامل تخریب زیستی هستند. شناخت قارچ‌ها و سایر میکروارگانیسم‌های موجود بر چرم و سایر آثار تاریخی در درک بهتر صدمات و خسارات احتمالی ناشی از آنها که زمینه‌ساز انتخاب راهکار صحیح برخورد با اشیاء است، ضرورت و اهمیت دارد. روش‌های معمول شناسایی پاتوژن‌ها و قارچ‌ها، بسته به نوع روش، معمولاً همراه با مشکلاتی است و در این بین طیف‌سنجی FTIR به‌عنوان روشی موفق در تشخیص و شناسایی میکروارگانیسم‌ها معرفی شده‌است. در این مطالعه، نمونه‌هایی از اشیاء چرمی تاریخی مربوط به عصر سلجوقی، برای شناسایی جنس قارچ‌ها، در محیط SDA کشت یافت و بر اساس ویژگی‌های ماکروسکوپی، میکروسکوپی و ریخت‌شناسی شناسایی شد. سپس میکروارگانیسم‌ها با هدف امکان‌سنجی تفکیک و شناسایی بر اساس ویژگی‌ها ساختاری به روش ATR-FTIR ارزیابی شدند. در این راستا، از دو شیوه‌ی ارزیابی ویژگی‌های طیفی بر اساس شکل و موقعیت پیک و تحلیل خوشه‌ای بر اساس مساحت زیر نمودار و موقعیت پیک استفاده شد. قارچ‌های شناسایی‌شده مربوط به جنس‌های پنی‌سیلیوم (۹ مورد، ۳/۳۳ درصد)، آسپرژیلوس (۵ مورد، ۵/۱۸ درصد)، کلادوسپوریوم (۴ مورد، ۸/۱۴ درصد)، رایزوکتونیا (۲ مورد، ۴/۷ درصد)، تریکوفیتون (۱ مورد، ۷/۳ درصد) و مخمر (۱ مورد، ۷/۳ درصد) بود. جنس دو گونه از قارچ‌ها (۲ مورد، ۴/۷ درصد) نیز شناسایی نشد و در ۳ نمونه (۱/۱۱ درصد) نیز رشد میکروارگانیسم‌ها مشاهده نشد. بررسی نوار‌های جذبی طیف‌های ATR-FTIR نمونه‌های کشت‌یافته، گویای برخی تفاوت‌های ساختاری در بین میکروارگانیسم‌ها (قارچ، مخمر، باکتری) و نیز در سطح جنس و بعضاً گونه‌ی قارچ‌ها بود. فعالیت قارچ‌ها آسیب‌هایی چون تجزیه، هیدرولیز و تخریب ساختار چرم و تانن‌های گیاهی، تغییرات بصری و نیز مشکلات متعدد برای افرادی که با این آثار در تماس‌اند را در پی دارد. از این‌رو، حذف این عوامل و درمان مناسب آثار، برای جلوگیری از گسترش آسیب به ساختار چرم، امری ضروری است. بررسی ساختار قارچ با استفاده از طیف‌سنجی ATR-FTIR نتایج مناسبی در مورد امکان تفکیک قارچ، مخمر و باکتری به‌دست داد. FTIR، ابزاری کمابیش مناسب برای تفکیک و شناسایی آسان و سریع میکروارگانیسم‌ها و جنس‌های مختلف قارچ است. همچنین، در برخی موارد امکان تفکیک در سطح گونه نیز وجود دارد. مزایای این روش در مقایسه با روش‌های معمول دیگر، FTIR را به ابزاری مناسب در بررسی قارچ‌ها در مقیاس بزرگ تبدیل می‌کند. از این‌رو طیف‌سنجی IR در کنار سایر روش‌های معمول شناسایی، بهبود بهره‌وری در طبقه‌بندی و شناسایی قارچ‌ها را در پی دارد. علاوه‌بر این، با توجه به مشخص کردن ترکیب شیمیایی در این روش، می‌توان از آن در درک بهتر فرآیندهای شیمیایی پیچیده در رشد قارچ و تخریب بستر، استفاده کرد.

Abstract: Biodegradation is one of the main degrading factors of leather artifacts. Determination of fungi and other microorganisms has vital importance for conservation of valuable objects made from organic materials. Usual classic techniques for identification of pathogens and fungi have some difficulties, but FTIR spectroscopy has been introduced as useful technique for characterization and determination of microorganisms. In this study, historic leathers were related to the Seljuk period. The leathers were sampled in laboratory and fungi were cultivated in SDA medium. Genuses of fungi were identified according to macroscopic, microscopic and morphologic characteristics. Microorganisms were analyzed by ATR-FTIR spectrometer and differences of spectral properties were assessed. Spectral properties were assessed according to form and absorption region of peaks. Cluster analysis was used for evaluation of different regions and areas on the measured spectra. Results showed the presence of Penicillium sp. (9 samples, 33.3%), Aspergillus sp. (5 samples, 18.5%), Cladosporium sp. (4 samples, 14.8%), Rhizoctonia sp. (2 samples, 7.4%), Trichophyton sp. (1 sample, 3.7%) and also one sample of yeast (3.7%). Two species of fungi remained unidentified (7.4%) and there was not any growth in 3 samples (11.1%). Spectral properties indicated to structural differences between microorganisms (fungi, yeast, bacteria). It showed characteristics of fungi genus and species in some cases. Active fungi induce decomposition, hydrolysis and decay of leather and its vegetable tannins. The decay leads to aesthetic change and health problems. Therefore, it is necessary to remove of fungi and appropriate treatment of leather artifacts. Application of ATR-FTIR spectroscopy had good results for identification of fungi, yeast and bacteria. Assessments showed the potential of ATR-FTIR spectroscopy for easy and rapid discrimination between microorganisms and specially fungi genus and species in some cases. This study indicated the possibility of developing FTIR–ATR spectroscopy as a reliable method for rapid identification of fungal pathogens. Advantages of the method showed that it was an appropriate technique for fungi evaluation in large scale. IR spectroscopy could help in identification and classification of fungi. Combining the advantages of FTIR spectroscopy with other used routine techniques, might improve the efficiency of fungal classification and identification. Chemical composition of the samples can be simultaneously analyzed. Chemical analysis by FTIR spectroscopy results to better understanding of fungi growth and complex chemical processes during fungal development and substrate degradation.