http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=64e29b21-0bf7-45d2-9b53-601bafeeaba0&print=1© 2024 Российская академия наук
Микробы – наши соседи. Они есть везде; где бы ни жил человек, вокруг него обязательно существует сообщество микроскопических организмов. Такие сообщества – микробиомы – давно и всерьез изучаются. Интересно всё: микробиом человеческого кишечника и йогурта, операционных и яслей, почвы, вулканических озёр, океанов, космических аппаратов, библиотек, музеев... Три года назад группа ученых из ФИЦ Биотехнологии РАН начала такую работу в Третьяковской галерее.
С точки зрения науки микробиом Третьяковки – сообщество уникальное. На планете не так много мест, где десятилетиями не меняются ни температура, ни количество влаги в воздухе. За старым зданием в Лаврушинском переулке следят и люди, и роботы. В каждом зале галереи работает самописец, фиксирующий температуру и влажность; в музее всегда прохладно, 19-22 градуса, и сухо (55% влажности). Поэтому исследователи были готовы к встрече с ксерофилами – организмами-экстремалами, которые отлично чувствуют себя почти без воды.
«В первый раз мы пришли искать музейных микроскопических обитателей в обычный день, – вспоминает Александр Жгун, руководитель группы генетической инженерии грибов ФИЦ Биотехнологии РАН. – Вместе с посетителями мы ходили по залам, но вели себя, наверное, странно для стороннего наблюдателя. Мы не любовались большими полотнами издалека – наоборот, подходили вплотную, разглядывали и холсты, и рамы. Мы искали видимые следы микробиологического поражения».
Видимых следов, к счастью, не обнаружилось, и в следующий раз ученые пришли уже в понедельник – день, когда музей закрыт для посетителей, и с экспонатами работают хранители и студенты художественных школ. Первым делом хранители пригласили ученых в отдел древнерусского искусства: незадолго до этого микробиологическая служба зарегистрировала там значительное превышение фонового количества микроорганизмов.
«Брать пробы с таких ценных и древних предметов, как иконы, оказалось сложнее, чем мы думали, – рассказывает Жгун, – хранители – у каждой иконы свой – поначалу не доверяли нам и следили за каждым шагом. Мы работали в перчатках и халатах, нас постоянно просили не давить на полотно слишком сильно. Более того, хранители напомнили, чтобы мы не поворачивались к иконам спиной – "это считается дурным тоном". Первым произведением, с которого сняли пробы, стала "Церковь Воинствующая" – огромная (почти четыре метра в длину и полтора в высоту) икона, изображающая триумфальное шествие войска Ивана Грозного под предводительством ангелов и святых.
Участки сбора проб с иконы «Благословенно воинство небесного царя...» («Церковь воинствующая»), 1550-е гг.
Опасное соседство
Отобрав первые пробы, ученые высеяли их в лаборатории, чтобы вырастить и рассмотреть обитающие на поверхности икон микроорганизмы. Иконы тем временем сняли с демонстрационных щитов и увезли в хранилище. Тут-то и обнаружилось, что под щитами, на стенах и под высоким потолком музейных залов живут целые сообщества плесневых грибов и бактерий, видимые и невооруженному глазу. «Эта проблема периодически возникает даже в лучших музеях мира, – объясняет Александр Жгун. – Как бы тщательно не охранялось помещение, всегда есть факторы, которые невозможно учесть».
В Третьяковке этим фактором стало историческое здание музея, не рассчитанное на современные технологии хранения предметов искусства. Исправить некоторые недостатки сейчас невозможно, – нельзя же, в самом деле, закрыть вентфасадом крыльцо, построенное по проекту Васнецова. А без вентиляционных панелей точка росы – место, где создаются условия для конденсации атмосферной влаги – может оказаться внутри и на внутренней стороне стен; особенно опасны холодные зимы. Для микроорганизмов, привыкших выживать в сухом воздухе, смещение точки росы дает толчок к развитию: впервые, может быть, за десятки лет они получают влагу и начинают размножаться.
Получив из галереи тревожные новости, учёные снова отправились в Лаврушинский переулок. «Если пробы, которые мы брали с самих икон, были не видны – ватки оставались белыми – то на этот раз мы обнаружили целую радугу», – рассказывает научный сотрудник группы генетической инженерии грибов Дарья Авданина. Из-под щитов, из трещин в потолке, со стен ученые сняли черную, розовую, серую плесень.
В лаборатории микроскопических «гостей» Третьяковки вырастили в чашках Петри и изучили: рассмотрели под электронным микроскопом, расшифровали ДНК. «Генетические исследования бывают разные, – объясняет Александр Жгун, – можно размножить ДНК микроорганизмов из пробы с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и прочитать генетическую информацию. Однако четкое прочтение возможно только тогда, когда в исходной пробе есть всего один доминантный микроорганизм. В результате ученые получили представление о доминирующих представителях микробиома залов живописи Древней Руси Третьяковской галереи – их оказалось чуть больше десятка.
Второй подход – метагеномное исследование – позволяет заметить ДНК даже тех видов, которых в пробе было совсем немного, считанные доли процентов от общего числа. Такой анализ дал представление обо всем разнообразии микробиома залов живописи Древней Руси Третьяковки, показав, что на иконах и вокруг них обитает около 700 видов бактерий и 300 видов грибов. Один из них и вовсе не нашелся ни в одной базе данных. Ученые планируют зарегистрировать новый вид под именем Ulocladium tretiakovium – в честь галереи и ее основателя.
Теперь ученым предстояло выяснить, какие из музейных грибов способны не просто жить рядом с иконами, но и нанести им ущерб.
Следы влаги на стенах галереи
Слоеный пирог
«Реставраторы Третьяковской галереи сделали для нас огромный макет на основе липовой доски с 20-ю образцами основных материалов, которые можно найти на иконах. В лаборатории доску назвали, в подражание "Черному квадрату" Малевича, "Двадцатью квадратами Шитова" – по фамилии заведующего отделом реставрации темперной живописи», – рассказывает Дарья.
Для чего целых двадцать квадратов? Важно понимать, что древнерусские иконы, произведения темперной живописи – устроены как «слоеный пирог». В основе – липовая доска, на которую натянута мешковина, загрунтованная материалом на основе осетрового клея с мелом. На такой грунт иконописцы клали краски, для эластичности добавляли пластификаторы, а сверху покрывали лаками.
За прошедшие века реставраторы добавляли «пирогу» ингредиентов – и красок, и адгезивов, которыми «лечат» отслоение грунта, и консервационных материалов – ими закалывают трещины (кракелюры). Биологам надо было выяснить, на каких материалах могут жить и размножаться найденные в Третьяковке организмы.
Результаты этих поисков сейчас хранятся в запечатанных чашках Петри. На небольших фрагментах «Двадцати квадратов» белеют, чернеют, зеленеют звездочки – островки плесени. Оказалось, что потенциально микробиом Третьяковки способен разрушить почти все материалы, которые используются в иконописи и реставрации. Не поддались некоторым видам плесени только лаки, а больше всего грибам пришлись по вкусу темперные краски, по старинному рецепту замешанные на яичном желтке или белке. Фрагменты доски с такими красками плесень разъела до неузнаваемости.
Плесневые грибы – враги предметов старины, но при правильном обращении могут быть и полезными. Те грибы, которые научились питаться средневековой темперой, можно – по крайней мере в теории – использовать для синтеза лекарств. По словам молекулярного биолога Марка Потапова, ученика Александра Жгуна, грибы, которые питаются темперой, должны быть способны метаболизировать холестерин – им богаты яичные желтки, на котором иконописцы замешивали свои краски. Поэтому эти грибы можно использовать для важных стадий получения стероидных препаратов. Сейчас группа Александра Жгуна работает над исследованием метаболизма «иконных» грибов – возможно, когда-нибудь с их помощью заработают новые фабрики по производству лекарств.
А можно спиртом протереть?
«Эффективнее всего с микробиологическими поражениями борются самые простые вещества – такие, как этиловый спирт, – объясняет Александр Жгун, – Но ведь смазать икону спиртом совершенно невозможно, это разрушит краски! С таким же успехом можно бороться с сорняками с помощью пожаров». Перед молекулярными биологами возникла задача найти молекулу, которая способна убивать микроорганизмы и не воздействовать на неживое (материалы, из которых созданы иконы). Кроме того, формула должна быть безопасной для посетителей галереи и для реставраторов. Варианты таких соединений предложили четыре научных коллектива ФИЦ Биотехнологии РАН и ИМБ РАН; предполагалось, что все они не имеют поверхностно-активного действия и не способны повредить краски, клеи, лаки и пластификаторы.
Александр Жгун сравнивает процесс поиска антисептика для икон с клиническими испытаниями новых лекарств: «В медицине испытания сначала проводят в лаборатории, потом – на животных, и только потом – на людях. Так и мы сначала протестировали антисептики на стандартных микробиологических средах, затем на макетах с образцами материалов, и только потом – на настоящих иконах».
После лабораторных испытаний был выбран препарат на основе модифицированного нуклеозида. Первыми «пациентами» стали две работы из запасников Третьяковской галереи, на которых микробиологическое поражение было видно даже без микроскопа – «Пророк Соломон» и «Сошествие во Ад». Как и в клинических исследованиях, параллельно использовали плацебо: пораженные микроорганизмами фрагменты икон разделили на части, одну проблемную зону обработали водой, а другую – экспериментальным средством. По словам Александра Жгуна, ожидание результатов может занять от полутора до трех лет.
А пока новое лекарство проходит испытания на «Сошествии во Ад», ученые снова выращивают и учатся убивать микроорганизмы – но уже на масляных красках. Теперь их задача – навсегда защитить от плесени многострадальную картину Репина «Иван Грозный и сын его Иван».
«Двадцать квадратов Шитова» – макет для исследования роста плесневых грибов на материалах древних икон
Клей для Ивана Грозного
Знаменитому полотну Ильи Репина, на котором царь Иван Грозный обнимает убиенного царевича, крепко досталось в 2018 году. На картину напал вандал. Эмоционально нестабильный (по собственному признанию, пьяный) посетитель схватил массивный металлический столбик ограждения и несколько раз ударил им картину. «Ивана Грозного» увезли в реставрационную мастерскую, где он находится до сих пор.
К реставрации решили подойти комплексно: не только подклеить порванный холст, но и вылечить «хроническую болезнь» этой картины, слабую связь грунта с холстом. С самим холстом тоже возникли проблемы. Сто лет назад, в 1913 году, «Ивана Грозного» уже попортили – тогда на картину напал с ножом другой экзальтированный посетитель. В тот раз реставрацией руководил сам Репин, и с живописной частью проблем не возникло. Но художник пользовался технологиями и материалами своего времени: холст был истончен, а полученную основу приклеили к новому холсту. В работе использовался горячий рыбий клей, и он не пощадил живописного слоя.
Сегодня на помощь реставраторам пришли физики из МФТИ и молекулярные биологи из группы Александра Жгуна. Физики занялись проверкой реставрационных материалов на прочность, клейкость и тому подобное. Молекулярным биологам же предстояло убедиться в том, что материалы, которые выберут для реставрации, не сможет поразить никакая плесень. «В галерее за картиной следят, – объясняет Александр Жгун, – но полотна возят на выставки, в дороге условия могут измениться; бывают, в конце концов, стихийные бедствия. Мы хотим убедиться в том, что материалы, которыми склеят лицо несчастного царевича, будут максимально устойчивы к любому микробиологическому поражению».
Убийственный коктейль
В ход снова пошли образцы красок – на этот раз масляных, которыми написан «Иван Грозный». Поначалу организмы, собранные в галерее, упорно отказывались расти на красках. «Реставраторы Третьяковской галереи по нашей просьбе сделали макеты с художественно-реставрационными материалами по принципу "слоёного пирога": холст, грунт из свинцовых белил на осетровом клее, пигмент сиена жжёная — основная коричневая краска художников XIX века, и клей сверху. Испытывали клеи как природного происхождения, так и современного синтетического», – поясняет студентка-практикантка исследовательской группы Вера Кукушкина.
«Мы поняли, что поодиночке, в чистых культурах, ни один гриб не в состоянии питаться масляными красками – объясняет Дарья Авданина. – Поэтому мы создали композиции микробиомов. В них вошли несколько десятков грибов и бактерий, ранее отобранных в Третьяковке. Благодаря использованию таких смешанных культур мы смогли понять, на каких материалах – в первую очередь, клеях – эти коктейли грибов будут расти хуже всего.
«Не стоит думать, что мы изобрели "биологическое оружие"против Третьяковской галереи, – смеётся Александр Жгун. – Но мы вывели коктейли из микроорганизмов, которые сообща способны заселить недоступный им поодиночке субстрат – произведение масляной живописи. Имея такой опасный для экспонатов Третьяковки коктейль из местных микробов, мы можем заранее создать против него антисептик».
Совместив свои результаты с результатами физиков, ученые определили лучшие кандидатуры – самый прочный и самый устойчивый к плесени адгезив. Реставраторы возьмут полученные данные на вооружение, и картина будет дублирована: красочный слой перенесут на новый холст с помощью клея.
Вероятно, в качестве дополнительной защиты в клей введут антисептик, который до этого разработали для икон – сейчас группа Александра Жгуна готовится к новым тестам. «Подобрать такой антисептик крайне трудно, – говорит Александр – Микробиологическое сообщество может проявлять коллективную устойчивость к антисептикам. Одни организмы защищаются от одного соединения, другие — от другого. Чтобы победить целое сообщество микроорганизмов, нужен коктейль веществ, который не оставит грибам и бактериям ни единого шанса».
Восстановленную работу Репина посетители смогут увидеть уже в 2022 году. Правда, теперь ее будут выставляться за антивандальным стеклом: защитного клея от эмоционально нестабильных людей наука пока не придумала.