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BIODETERIORAMENTO - Coggle Diagram

- - - - DANNI ESTETICI
        tra le cause troviamo i pigmenti, abbiamo sia pigmenti fondamentali per il metabolismo di questi microrganismi come le clorofille o i carotenoidi oppure possono essere dei pigmenti accessori quindi dei metaboliti secondari come le melanine( bruno nero) che vengono prodotte dalle muffe quindi quando si vedono le macchie nere/grigio scuro sulle pareti quelle sono le melanine dei funghi.
        ficobiline( azzurro/rosso)
        chinoni (rosso , blu porpora)
      - iMICROGASNIMI Biodeteriogeni
        
        MUFFE
        
        ATTINOMICETI e FUNGHI Entrambi prediligono ambienti molto umidi e soprattutto gli attinomiceti si sviluppano dove ci sono alghe e organismi azoto fissatori perché sfruttano i loro metaboliti.
        
        ATTINOMICETI presentano ife ad il ciclo riproduttivo è simile a quello dei funghi
        le specie più diffuse tra gli attinomiceti troviamo lo Streptomyces
        
        FUNGHI le specie più diffuse tra gli attinomiceti troviamo lo Streptomyces(pigmentazione giallo) il Cladosporium che produce anche pigmenti e il Fusarium
        
        tra i funghi troviamo i funghi microscopi = se vedo il danno è troppo tardi Le alterazioni vengono dette:
        
        tipiche, quando abbiamo macchie scure, nere o grigiastre
        
        atipiche, quando abbiamo macchie bianche e producono un terriccio nero.
        
        I funghi inizialmente sono stati classificati nel regno Plantae, costituiscono il regno dei Myceteae, uno dei cinque regni del mondo vivente; sono eucarioti, non contengono clorofilla, producono spore e strutture filamentose. La distribuzione è ubiquitaria (suolo, acqua); sono aerobi obbligati o facoltativi ed hanno un importante ruolo nel ciclo energetico C-N; sono saprofiti ovvero decompongono il materiale organico non vitale in nutrienti inorganici solubili. Delle oltre 250.000 specie fungine, 250 circa sono patogene per l’uomo.
        
        Le dimensioni vanno dai 10-15μm e sono privi di capsula ad eccezione del Cryptococcus neoformans. Per quanto riguarda la struttura cellulare, a parte la parete esterna che è molto resistente, all’interno la cellula è simile alle cellule batteriche, a parte l’assenza di peptidoglicano e acidi teicoici, abbiamo comunque gli organelli presenti nelle cellule eucariotiche; normalmente i funghi sono caratterizzati da ife e l’accrescimento avviene nella porzione apicale dell’ifa; queste ife possono essere sia settate ovvero ogni cellula presenta un proprio nucleo oppure asettate chiamate anche cenocitiche quando il nucleo si trova sparso nel citoplasma però al di là della parete inspessita all’interno troviamo gli organelli che normalmente troviamo nelle cellule eucariote.
        
        si dividono
        
        LIEVITI
        
        FUNGHI FILAMNTOSI o muffe o ifomiceti
        
        sono multicellulari e composti da ife ovvero strutture filamentose e tubuliformi; l’accrescimento è apicale e l’accrescimento e la ramificazione delle ife forma il micelio e può essere sia un accrescimento vegetativo oppure si possono formare delle Strutture riproduttive che sono quelle che, soprattutto in laboratorio con un’analisi di microscopia, permettono di identificare la muffa già a livello di genere perché ogni gruppo a seconda del tipo di riproduzione che ha presenta delle strutture riproduttive diverse.
        
        la riproduzione SESSUATA E ASESSUATA avviene grazie alle SPORE , alcuni tipi di funghi hanno solo la riproduzione asessuata imperfetti
        
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        FUNGHI DIMORFICI cambiano tra lievito o muffa a seconda della T° e delle condizioni ambientali
        
        Classificazione esemplificata dei principali patogeni fungini
        
        Ascomycetes: riproduzione sessuata mediante ascospore
        
        Basidiomycetes: riproduzione sessuata mediante basidiospore
        
        Zygomycetes: riproduzione sessuata mediante zigospore e riproduzione asessuata mediante
        
        sporangiospore
        
        Deuteromyceters: funghi imperfetti- riproduzione sessuata ignota, riproduzione asessuata
        
        mediante conidi.
        
        BATTERI divisibili in base al loro metabolismo in
        
        Chemiolitoautotrofi, in cui troviamo i nitro e i solfobatteri
        
        classificati in base alla fonte di energia
        
        Organismi fototrofi, quando utilizzano l’energia solare per la produzione di ATP
        
        organismi chemiotrofi, quando utilizzano l’energia potenziale dei legami chimici mentre
        
        a seconda della fonte di elettroni possono essere:
        
        organismi litotrofi, quando utilizzano le specie inorganiche come fonte di elettroni
        
        organotrofi, quando utilizzano molecole organiche come fonte di elettroni
        
        in relazione alla fonte di atomi di carbonio possono essere:
        
        organismi autotrofi, quando utilizzano l’anidride carbonica come fonte di carbonio
        
        eterotrofi, quando utilizzano molecole organiche esogene
        
        quindi per esempio gli organismi chemiolitoautotrofi significa che utilizzano l’energia potenziale dei legami chimici, utilizzano come fonte di elettroni le specie inorganiche e utilizzano anche l’anidride carbonica come fonte di carbonio.
        sono in grado di creare biofilm Creano un ambiente acido grazie alla loro attività. es. da carbonato di calcio in solfato di calcio
        
        Chemioorganotrofi
        
        non producono biofilm ma si legano a particelle di argilla e cristalli e quindi persistono di più sulle superfici rocciose.
        
        sono comunque in grado di solubilizzare il carbonato di calcio e causare decoesionamento del substrato + possono potare alla formazione di macchie poiché sono in grado di ossidare dei composti metallici come il ferro
        
        precipitano delle molecole strutturali importanti per la stabilità della struttura come carbonati o ossalati
        
        Fototrofi,alberiproduttoridibiofilm
        
        organismi fototrofi, quando utilizzano l’energia solare per la produzione di ATPi
        
        normalmente si sviluppano nei periodi primaverili o autunnali perché nei periodi secchi e freddi la maggior parte degli organismi fototrofi muoiono o si incistano,
        le cisti riescono a sopravvivere a questi periodi in cui le condizioni ambientali sono sfavorevoli;
        
        sono considerati applicanti pionieri soprattutto nella superficie in pietra perché sono i primi a colonizzare questo tipo di superfici perché non hanno bisogno di sostanze organiche per riprodursi ma hanno bisogno soltanto di acqua e luce principalmente
        
        dopodiché grazie al loro metabolismo producono delle sostanze che invece sono fonte di nutrimento per altri tipi di microrganismi come i chemioorganotrofi che sono quindi dei biodeteriogeni secondari che si basano sul metabolismo dei fototrofi e questo è molto importante perché si può lottare/sconfiggere il biodeterioramento andando a bloccare il metabolismo di questi microrganismi pionieri in maniera da bloccare anche la crescita di quelli secondari come i chemioorganotrofi.
        
        EPS, richiedono acqua e luce, pigmenti protettivi. Accumulano solfuri e calcio nelle cellule
        SI BIOFIL
        
        permette l’adesione al substrato e lo protegge dal distaccamento
        
        endolitici sono i fotoautotrofi che riescono a penetrare anche all’interno del substrato, quasi quanto le ife delle muffe, hanno queste strutture filiformi che riescono a penetrare all’interno portando sempre al distacco del substrato
        
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        epilitici in base alla loro capacità di crescita ovvero gli epilitici si trovano maggiormente sulla superficie del substrato
        
        esempio
        
        Synechococcus GL24 è in grado di depositare il carbonato di calcio ovvero
        1) lo accumula durante il giorni quindi in presenza di luce
        2) notte lo solubilizza
        la membrana esterna di questo microrganismo ha un pH molto alto è formato da un accumulo di ioni OH- quindi in presenza di ioni bicarbonato il calcio va ad interagire con gli ioni OH-
        si forma all’esterno della cellula uno strato di calcite che se si accumulasse al di fuori della membrana porterebbe alla morte della cellula perché blocca il passaggio dei nutrienti e questo però di notte non avviene più, più precisamente la calcite viene disgregata portando alla disgregazione della materia del substrato e il giorno dopo il ciclo ricomincia.
        L’inibizione di questi applicanti pionieri può portare anche alla riduzione della crescita di batteri eterotrofi.
        
        es NOSTOC PLEUROCOCCUS
        
        I batteri sono ancora più diffusi delle muffe nel processo di bio deterioramento
        
        Batteri
        
        Nitrosomas, è difficile isolarla e normalmente per l’identificazione viene saggiato la produzione di nitrito perché questo tipo di batterio dato che appartiene ai batteri nitrificanti è in grado di ossidare l’ammoniaca(NH3) a nitrito (NO2-) utilizzando delle piastre specifiche. È un gram negativo, aerobio, ha bacchette piccole o lunghe e appaiono io coppia o corte catene, spesso si osservano forme cocciche. Sono mobili se hanno flagelli polari o non mobili; crescono a temperature comprese tra 5-30°C e il pH ottimale è compreso tra 5.8- 9.5. È in batterio ubiquitario si trova suolo acqua salata e dolce
        
        Nitrobacter, ha due tipi di riproduzione ovvero si può dividere sia per scissione binaria oppure tramite gemmazione ovvero si forma una cellula più piccola lungo il lato della cellula madre. La cellula è formata da una serie di membrane complesse, le quali non si ritrovano quando la riproduzione è per gemmazione ovvero vengono perse perché la scissione non è simmetrica all’interno della cellula madre. È aerobio ma può crescere anche in condizioni di anaerobiosi; ha una forma a bacchetta e le dimensioni vanno da 0.5-0.8 μm x 1-2 μm; appartiene ai gram negativi. Le diverse specie possono essere mobili o immobili; ossida il nitrito, è catalasi positivo.
        
        Azotobacter fissa l’azoto in maniera non simbiontica e questo è particolare perché normalmente la nitrogenasi che è l’enzima che permette la fissazione dell’azoto non funziona in presenza di ossigeno, mentre questi microrganismi riescono comunque a fissare l’azoto perché hanno una respirazione molto alta quindi l’ossigeno viene subito inserito all’interno della cellula e la nitrogenasi non serve per la sua funzione. Sono strettamente aerobi; è diffuso in acque e suoli con temperature ottimali comprese tra i 20° e i 30°C. comprende circa 6 specie, alcune mobili attraverso flagelli peritrichi, altre immobili; di solito le dimensioni sono pari a 2-10 μm in lunghezza e 1-2 μm in larghezza.
        
        Rhizobium è un chemioorganotrofo; contiene l’enzima nitrogenasi e forma noduli radicali con legumi e porta avanti la fissazione dell’azoto attraverso il mutualismo in cui entrambi ottengono delle cose positive. È un aerobio stretto e la cellula ha una forma di bacchetta; le dimensioni sono pari a 0.5-0.9 μm x 1.2-3 μm, non forma spore ed è un gram negativo. È mobile con un singolo flagello polare o può avere da 2 a 6 flagelli peritrichi
        
        Famiglia delle pseudomonaceae, è una delle famiglie più diffuse che contiene anche il genere Pseudomonas coinvolto sia nel processo di biodeterioramento che nel processo di biorisanamento a seconda delle specie che troviamo. Questa famiglia comprende batteri che portano oltre a danni strutturali anche danni estetici ovvero quelli che introducono pigmenti come lo Pseudomonas che può portare a pigmenti sia verdastri che sul rosso. I generi appartenenti a questa famiglia hanno forme a bastoncino e sono gram negativi, sono immobili ma più frequentemente sono mobili grazie alla presenza di ciglia peritriche o polari; sono aerobi facoltativi o obbligati, catalasi positivi ed ossidasi positivi. Generalmente l’optimum di temperatura è basso ovvero tra i 20 e i 30°C.
        
        Famiglia micrococcaceae, presente nel grande gruppo degli attinomiceti. Gli attinomiceti prediligono gli ambienti ipogei e che quindi presentano un alto grado di umidità e anch’essi sono in grado di ridurre il nitrato a nitrito (riduzione) e possono anche attaccare gli zuccheri attraverso la fermentazione e produrre acido lattico. Possono essere cocchi immobili, gram positivi, disposti a tetradi, ammassi, grappoli o a cubi; alcuni formano colonie pigmentate. Hanno un optimum di crescita tra i 30 e i 37°C, ma crescono anche a 10-45°C, tollerano un pH che va tra 5 e 9. Si trovano in natura in svariati ambienti ed in particolare sulla pelle e le mucose degli animali
        
        Tra queste famiglie il principale coinvolto nel biodeterioramento è il genere micrococcus. Hanno una forma coccica e possono organizzarsi tra di loro; principalmente si trovano nel suolo ma comunemente vengono isolati da cibi e aria. Sono molto importanti perché sono anche in grado di decomporredelle strutture ad esempio, la cellulosa oppure possono produrre antibiotici oppure prebiotici che stimolano la crescita di piante e della microflora.
        
        COSA E COME DEGRADANO
        
        carta, pergamene o legnoe
        la cellulosa in questo caso è una molecola molto difficile da scindere ed è formata da due strutture principalmente: le microfibrilleche sono molto adese tra di loro e viene definita come la parte cristallina della cellulosa altamente resistente a idrolisi chimiche o fisiche; ed è formata da fibrille che invece costituiscono la parte amorfa** che si dispongono in maniera distante tra di loro e disordinata.
        
        I microrganismi, soprattutto i batteri, sono capaci di trasformare la parte cristallina —> parte amorfa portando alla disgregazione del substrato e questo fenomeno è collegato normalmente con il fenomeno del foxing che sono quelle macchie di color rosa che normalmente troviamo sui libri ammuffiti però ancora si sta studiando se questo foxing derivi da un attacco batterico o fungino.
        
        La molecola più complessa da scindere è la lignina che è la parte essenziale delle fibre legnose; eppure, i basidiomiceti detti appunto distruttori del legno sono gli unici che riescono a metabolizzarla. Nei fusti degli alberi rappresenta dal 15 al 36%. La lignina è un polimero tridimensionale molto complesso composto da alcoli aromatici legati da vari tipi di legami tra atomi di carbonio.
        
        Nel caso del legno a seconda dell’attacco fungino parliamo di tre tipi di danno ovvero parliamo della formazione di carie bianca, bruna o soffice. La carie bianca e bruna dipende dal tipo di macchia che viene causata dal biodeterioramento mentre la carie soffice sembra quasi una polverina
        
        Tra gli enzimi prodotti dai biodeteriogeni troviamo anche leEMICELLULASI che vanno ad attaccare i polisaccaridi della matrice della parete cellulare portando al distacco dei vari pezzi.
  - - - all’interno i batteri hanno sostanze nutritive e evitano la disidratazione.
    - - essendo formato da diverse specie batteriche ogni specie batterica presenta geni di resistenza a determinati antibiotici, quindi, è un problema poi debellarli
- - - - la professoressa ha sperimentato su cuoio
  - - - esempio batteri solfati SRB e nitrati NRB catalizza una reazione inversa ovvero dal solfato di calcio permettono la produzione di carbonato di calcio evitando il decoesionamento ma stabilendo invece il consolidamento della pietra. Oppure abbiamo i batteri che degradano gli idrocarburi o i batteri biocalcificanti.
      - Desolfovibrio desulfuricans e D. vulgaris: SRB, riduzione del solfato di calcio, diidrato (gesso) e
        della patina nera
      - Pseudomonas: rimuove i nitrati dalla pietra alterata
      - Pseudomonas e Bacillus che degradano il fenantrene depositato nella pietra esposta all’aria.
    - - Myxococcus xanthus
        produzione del carbonato di calcio attraverso la precipitazione della calcite
        
        ha un ciclo vitale particolare perché può vivere sia allo stato libero oppure può formare una specie di biofilm che viene chiamato corpo fruttifero quando le condizioni ambientali sono più sfavorevoli. Poi dà vita alle mixospore.
        la precipitazione della calcite può essere implicata all’attività metabolica di microrganismi e può essere indotta da macromolecole di origine organica (OMM) che vengono normalmente prodotte da molluschi; ora però viene utilizzato l’acido poliaspartico in commercio anche se è meno efficiente di quello prodotto dai molluschi
    - - facendolo crescere su apposite matrici era in grado di limitare i danni sull’affresco stesso eliminando la caseina o dei materiali contenenti collagene che venivano prodotti da sostanze chimiche utilizzate per il restauro.
    - - Più precisamente è stato utilizzato un ceppo di stafiloccoccus areus che era il rappresentativo dei gram positivi e un ceppo di Pseudomonas aeruginosa che era rappresentativa dei gram negativo.
        
        Un primo esperimento è stato effettuato con il batterio gram - e + in soluzione, quindi, è stata messa la coltura microbica in liquido ovvero in presenza di diverse concentrazioni di questo nanomateriale, ZNG, ed è stata monitorata la vitalità attraverso aliquote di diluizioni seriali e piastratura sia dopo due ore che dopo 24 ore.
        nei gram positivi e si è visto che l’effetto era più efficace rispetto al gram negativo e questa è una caratteristica che dipende dalla composizione della parete esterna del batterio sono risultati più efficienti su areus.
        
        analizzato la formazione di biofilm quindi sono state messe a crescere le diverse colture microbiche su un substrato ad esempio di plastica o può essere usato anche il legno e dopo 24 ore di crescita in presenza o meno di ZNG è stata valutata la densità ottica e la formazione del biofilm diminuisce all’aumentare della concentrazione di ZNG in entrambi i tipi di batteri e la concentrazione utile è molto più alta rispetto agli esperimenti precedenti.
        In questo caso il biofilm è molto più difficile da debellare perché è molto più compatto e presenta un elevato numero di cellule e in questo caso la concentrazione di nanomateriali deve essere molto più alta. Questo esperimento è stato poi ripetuto sul legno e si sono ottenuti gli stessi risultati
      - Questi nanomateriali utilizzati vengono chiamati ZNG cioè sono delle nanoplacchette di grafene in cui sono stati inseriti dei nanoaghi chiamati nanorods ovvero a base di ossido di zinco
        
        Poi successivamente si è anche voluto visualizzare l’interazione dei nanomateriali con le diverse cellule e abbiamo visto che l’antimicrobicità che è stata osservata è un’antimicrobicità meccanica ovvero i nanoaghi riescono a penetrare all’interno della cellula batterica portando alla morte.
      - TOSSICITA'
        
        lo hanno fatto lavorando con il nematode C elegants perché elevato numero di progenie che viene ottenuta molto velocemente e in più non ci sono problemi etici oltre ad essere anche un organismo trasparente quindi tutti i fenotipi sono ben visibili.
        
        Al nematode, oltre al suo cibo standard di laboratorio che è E. coli, danno anche diverse concentrazioni di ZNG utilizzate negli altri esperimenti che abbiamo visto non portavano effetti tossici sul verme e anche la fertilità non veniva ridotta rispetto al controllo perché normalmente in presenza di sostanze tossiche la fertilità si riduce;
        la lunghezza del nematode non subisce cambiamenti e nemmeno i marcatori di invecchiamento come il pamping che consiste nel numero di contrazioni nella struttura faringea del verme, si contano il numero di queste contrazioni in 30 secondi perché normalmente il nematode durante l’invecchiamento ha una diminuzione del pamping quindi sia durante il pamping normale che durante il pamping con sostanze tossiche oppure abbiamo misurato anche i movimenti del corpo ovvero quando fa le anse sulla piastra abbiamo contato il numero di movimenti e anche in questo caso non ci sono variazioni quindi non è stata compromessa la sua motilità.
  - - - oltre all'analisi è stato effettuato un test di resistenza degli antibiotici tramite l'analisi dell'alone dell'inibizione. è stato utilizzato anche un sequenziatore di ultima generazione che è grande quanto una pennetta USB.
      - Poi sono state effettuate le analisi chimiche delle fluorescenze saline è stato visto che sui muri dove sono state trovate le fluorescenze, in cui sono stati effettuati i prelievi microbiologici sono state trovate tracce di solfati in particolare di solfato di sodio, anche di ossalati coinvolti anch’essi nella formazione di macchie e gesso con i nitrati e poi da una ricerca in letteratura è stato ottenuto che tutti i ceppi batterici isolati sono tutti nitro e solfobatteri quindi tutte le molecole ottenute dall’analisi chimica sono tutte prodotte dal loro metabolismo
      - dipartimento di biologia molecolare è estrarre tutto il Dna presente sullo scotch utilizzato per il campionamento su cui sono stati isolati sia muffe che batteri che fototrofi, quindi, è stato estratto il Dna poi sono state amplificate le sequenze utilizzando diversi tipi di primer e poi è stato inserito l’estratto nel sequenziatore per appunto effettuare il sequenziamento ed è stata analizzata la sequenza FASTA ottenuta. Si è visto che per le piante sono stati ottenuti generi che sono comunemente conosciuti a Roma, quindi, probabilmente è stato estratto il DNA del polline che con il vento è andato a finire nella zona ipogea. Per quanto riguarda i batteri sono stati ottenuti batteri che non sono stati riscontrati in laboratorio.