شناسايي و تفكيك قارچ‏ها به روش ATR-FTIR در يك مجموعه آثار چرمي مربوط به عصر سلجوقي

Differentiation and identification of fungi by ATR-FTIR method in a leather collection relating back to Seljuk period

مقدمه: آسيب هاي زيستي نقش مهمي در تخريب آثار تاريخي از جمله چرم، دارند. در اين ميان ميكروارگانيسم ها، از مهم ‏ترين عوامل تخريب زيستي هستند. شناخت قارچ ها و ساير ميكروارگانيسم هاي موجود بر چرم و ساير آثار تاريخي، در درك بهتر صدمات و خسارات احتمالي ناشي از آن ها كه زمينه ساز انتخاب راهكار صحيح برخورد با اشيا است، ضرورت و اهميت دارد. روش هاي معمول شناسايي پاتوژن ها و قارچ ها، بسته به نوع روش، معمولاً همراه با مشكلاتي است و در اين بين طيف سنجي FTIR به عنوان روشي موفق در تشخيص و شناسايي ميكروارگانيسم ها معرفي شده است. مواد و روش‏‏ها: در اين مطالعه، نمونه هايي از اشيا چرمي تاريخي مربوط به عصر سلجوقي، براي شناسايي جنس قارچ ها، در محيط SDA كشت يافت و بر اساس ويژگي هاي ماكروسكوپي، ميكروسكوپي و ريخت‏شناسي شناسايي شد. سپس ميكروارگانيسم ها با هدف امكان سنجي تفكيك و شناسايي بر اساس ويژگي‏ها ساختاري به روش ATR-FTIR، ارزيابي شدند. در اين راستا، از دو شيوه ي ارزيابي ويژگي هاي طيفي بر اساس شكل و موقعيت پيك و تحليل خوشه اي بر اساس مساحت زير نمودار و موقعيت پيك استفاده شد. نتايج: قارچ هاي شناسايي شده مربوط به جنس هاي پني سيليوم (9 مورد، 3/33 درصد)، آسپرژيلوس (5 مورد، 5/18 درصد)، كلادوسپوريوم (4 مورد، 8/14 درصد)، رايزوكتونيا (2 مورد، 4/7 درصد)، تريكوفيتون (1 مورد، 7/3 درصد) و مخمر (1 مورد، 7/3 درصد) بود. جنس دو گونه از قارچ ها (2 مورد، 4/7 درصد) نيز شناسايي نشد و در 3 نمونه (1/11 درصد) نيز رشد ميكروارگانيسم ها مشاهده نشد. بررسي نوار هاي جذبي طيف هاي ATR-FTIR نمونه هاي كشت يافته، گوياي برخي تفاوت هاي ساختاري در بين ميكروارگانيسم ها (قارچ، مخمر، باكتري) و نيز در سطح جنس و بعضاً گونه ي قارچ ها بود. بحث و نتيجه‏گيري: فعاليت قارچ ها آسيب هايي چون تجزيه، هيدروليز و تخريب ساختار چرم و تانن هاي گياهي، تغييرات بصري و نيز مشكلات متعدد براي افرادي كه با اين آثار در تماس اند را در پي دارد. از اين رو، حذف اين عوامل و درمان مناسب آثار، براي جلوگيري از گسترش آسيب به ساختار چرم، امري ضروري است. بررسي ساختار قارچ با استفاده از طيف سنجي ATR-FTIR نتايج مناسبي در مورد امكان تفكيك قارچ، مخمر و باكتري به دست داد. FTIR، ابزاري كمابيش مناسب براي تفكيك و شناسايي آسان و سريع ميكروارگانيسم ها و جنس هاي مختلف قارچ است. همچنين، در برخي موارد امكان تفكيك در سطح گونه نيز وجود دارد. مزاياي اين روش در مقايسه با روش هاي معمول ديگر، FTIR را به ابزاري مناسب در بررسي قارچ ها در مقياس بزرگ تبديل مي كند. از اين رو طيف سنجي IR در كنار ساير روش هاي معمول شناسايي، بهبود بهره وري در طبقه بندي و شناسايي قارچ ها را در پي دارد. علاوه بر اين، با توجه به مشخص كردن تركيب شيميايي در اين روش، مي توان از آن در درك بهتر فرآيندهاي شيميايي پيچيده در رشد قارچ و تخريب بستر، استفاده كرد.

Introduction: 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. Materials and methods: 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: 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. Discussion and conclusion: 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. Key words: Historical leather, Biodeterioration, Fungi, ATR-FTIR, Spectral properties