Wenn Mikroorganismen an Kulturgütern zehren

21. Juni 2015, 16:44
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Kulturgüter werden oft von Pilzen und Bakterien befallen - Forscherinnen der Boku untersuchen nun, wie solche Mikroorganismen dem Menschen nützlich sein könnten

Wien – Abigail Quandt muss das Herz geblutet haben, als sie das Buch zum ersten Mal in der Hand hielt. Die Konservatorin des Walters Art Museum in Baltimore gilt als Spezialistin für schwierige Fälle, doch ob sie dieses Werk noch retten konnte? Es handelte sich um eine mittelalterliche Handschrift, einen Gebetscodex aus dem 13. Jahrhundert. Das Stück war in desolatem Zustand. Seine aus Pergament angefertigten Seiten trugen hässliche Flecken, die Ränder waren in Auflösung begriffen und zum Teil rußgeschwärzt. Die Restaurierung würde eine Sisyphusarbeit werden.

Der wahre Wert des Buches ist indes versteckt. Die Pergamentfolien sind wiederverwendetes Material. Man hat sie einem älteren Band entnommen, die ursprüngliche Beschriftung ausradiert und die Blätter erneut beschrieben. Der ältere Text verschwand allerdings nicht ganz. Wer sich Mühe gibt, kann ihn noch lesen – vorausgesetzt, er ist des Altgriechischen mächtig. Der Inhalt der bereits 1906 entdeckten Schrift löste damals großes Aufsehen aus. Er umfasst insgesamt sieben Traktate des antiken Gelehrten Archimedes, kopiert im zehnten Jahrhundert, vermutlich in Konstantinopel. Dementsprechend trägt der Foliant, welchen Quandt 1999 zur Rettung vorgelegt bekam, den Namen "Archimedes-Palimpsest".

Zwölf Jahre dauerte das Projekt. Quandt und ihr Team waren erfolgreich. Viele der Schäden konnten beseitigt, der Zerfall gestoppt werden. Die Experten fragten sich jedoch, was wohl dem Pergament so stark zugesetzt hatte. Hier kamen nun Mikrobiologen von der Wiener Universität für Bodenkultur (Boku) ins Spiel.

Eine Arbeitsgruppe unter Leitung von Katja Sterflinger bekam drei Abstriche von einer Seite des Palimpsests und auch drei winzige Pergamentproben zugesandt. Diese sollten auf die Anwesenheit von Pilzen und Bakterien hin untersucht werden. So wollte man die Identität zerstörerischer Mikroorganismen aufdecken. Je zwei der Proben entstammten angegriffenen Flächen, die anderen – zum Vergleich – intakten Stellen.

Die Wissenschafter machten sich ans Werk und wählten dabei einen kombinierten methodischen Ansatz. Zum einen führten sie DNA-Analysen der Abstrichproben durch. Jede Spezies, die irgendwann auf dem Pergament gesiedelt hatte, musste schließlich Spuren ihres Erbguts hinterlassen haben. Und DNA ist ein sehr langlebiges Molekül. Zum anderen wurden elektronenmikroskopische Aufnahmen der Pergamentausschnitte angefertigt. Zudem sollten spektroskopische Messungen Daten über Veränderungen der chemischen Zusammensetzung des geschädigten Materials liefern. Ein möglichst umfassendes Bild würde so entstehen.

Den Untersuchungsergebnissen zufolge hat das Palimpsest im Verlauf der Jahrhunderte einer ganzen mikrobiellen Menagerie als Lebensraum gedient. Die Forscher konnten Erbgut von 13 verschiedenen Bakterienstämmen und 23 Pilzsorten nachweisen (vgl. Microbial Ecology, Bd. 69, S. 118). Eine der auffälligsten ist Nocardiopsis salina, eine Bakterienspezies, die normalerweise in stark salzhaltigen Milieus vorkommt. Sie ist die Hauptverdächtige in Bezug auf die Schäden am Pergament. Das aus Tierhäuten angefertigte Schreibmaterial wurde bei der Herstellung mit Salz behandelt. Letzteres enthielt vermutlich N.-salina-Keime und führte so zur Kontamination.

Pilze witterten ihre Chance

Als die Buchseiten aus unbekannten Gründen feucht wurden, könnten die Mikroben aktiv geworden sein. Sie begannen, die Kollagenfasern des Pergaments zu zersetzen – als Quelle für Kohlenstoffverbindungen.

Im Gefolge von N. salina scheinen bestimmte Pilze ihre Chance gewittert zu haben. An stark beschädigten Stellen fanden Sterflinger und ihre Kolleginnen reichlich DNA von Fungi der Gattungen Mucor und Cladosporium. Deren Wachstum setzte womöglich erst bei abnehmender Feuchtigkeit ein, meint Sterflinger. "Bakterien brauchen viel mehr Wasser als Pilze." Von den Ersteren abgesonderter Schleim könnte Mucor und Cladosporium zudem als leicht erschließbare Nahrungsgrundlage gedient haben. Auf den elektronenmikroskopischen Aufnahmen der Pergamentflächen zeigen sich Bakterienketten und Pilzsporen in trauter Eintracht. Die Kollagenfasern sind dort oft komplett zersetzt.

Mikroorganismen greifen aber nicht nur mittelalterliche Handschriften an. Baudenkmäler zum Beispiel werden regelmäßig von sogenannten schwarzen Hefen heimgesucht. Diese Pilze sind Experten für ein Leben unter extremen Umweltbedingungen. "Resistent gegen Austrocknung und alle möglichen Schadstoffe", sagt Sterflinger.

Hefen durchdringen Granit

Schwarze Hefen siedeln nicht nur auf den Steinoberflächen, sondern können auch bis zu zwei Zentimeter tief in Granit oder Marmor eindringen. Solches Einnisten führt leicht zu löchrigen Schäden. Die Kolonien dehnen sich langsam, aber stetig aus, es entstehen zunehmend Risse. Abgesehen davon produzieren die Pilze Zitronen- und Oxalsäure, sagt Sterflinger. Das macht das Gestein zusätzlich porös, es bilden sich kleine Krater. Fachleute bezeichnen dieses Phänomen als "Bio-Pitting".

Das Boku-Team möchte die schwarzen Hefen nun im Rahmen eines vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Projekts zu nützlicherem Verhalten animieren. Ihre besonderen Fähigkeiten sollen im Dienste des Umweltschutzes eingesetzt werden – in Abgasfiltern vor allem. Der Hintergrund: Pilze der Gattungen Hortea, Exophiala und ähnliche sind in der Lage, giftige organische Verbindungen wie Toluen oder Benzopyren abzubauen. Sie fressen den Dreck buchstäblich auf. Die Hefen finden in ihrem Lebensraum oft kaum etwas anderes vor und sind deshalb an den Verzehr toxischer Nahrung angepasst, sagt Sterflinger. "Das sind genau die gleichen, die wir in der Denkmalpflege nicht haben wollen."

Erste Tests geben Anlass zur Hoffnung. Von insgesamt 163 verschiedenen untersuchten Schwarze-Hefe-Stämmen sind Vertreter dreier Spezies offenbar fähig, Toluen unter künstlichen Bedingungen effizient zu eliminieren. Sie haben somit das Potenzial zum technischen Einsatz. Die detaillierten Ergebnisse werden demnächst im Fachmagazin Geomicrobiology Journal veröffentlicht. (Kurt de Swaaf, DER STANDARD, 21.6.2015)

  • Mikroskopische Aufnahmen der Forschungsgruppe von Katja Sterflinger zeigen die Mikroorganismen, die Kulturgütern zusetzen. Viele dieser Schädlinge zeichnen sich durch Anpassung an extreme Lebensbedingungen aus und können sich auch von toxischen Substanzen ernähren.
    foto: flavia pinzari

    Mikroskopische Aufnahmen der Forschungsgruppe von Katja Sterflinger zeigen die Mikroorganismen, die Kulturgütern zusetzen. Viele dieser Schädlinge zeichnen sich durch Anpassung an extreme Lebensbedingungen aus und können sich auch von toxischen Substanzen ernähren.

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