نویسندگان
1 دانشجوی دکتری مرمت اشیاء فرهنگی و تاریخی، دانشگاه هنر اصفهان، ایران
2 استادیار مرمت اشیاء فرهنگی و تاریخی، دانشگاه هنر اصفهان، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
 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 FTIRâATR 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 . Â
کلیدواژهها [English]
مقدمه
آسیبهای زیستی نقش مهمی در تخریب آثار تاریخی از جمله چرم، دارند. در این میان میکروارگانیسمها، از مهمترین عوامل تخریب زیستی هستند (1). گونههای مختلفی از قارچ و کپک، معمولاً به موادی مانند کاغذ، پارچه، چوب، رنگها و چرم حمله و علایم شناخت مناسبی بر روی اشیاء ایجاد میکنند (2). اکثر این قارچها از گونههای آلرژن شایع هستند و برخی قابلیت تولید مایکوتوکسین[1] را دارند. بنابراین، برای انسانهای در تماس با این آثار، خطرناک هستند (3). آنها از راه استنشاق اسپور سمی و تماس مستقیم پوستی وارد بدن شده و میتوانند باعث بیماریهای مختلفی شوند (4). همچنین، یکی دیگر از نگرانیهای اصلی در زمینهی کلونیزاسیون قارچی، تغییرات در ویژگیهای بصری از طریق تغییر رنگ بهوسیلهی اسیدهای ضعیف تولید شده توسط قارچ و یا تجمع رنگدانهها که ایجاد لکههای مختلفی میکند، است (5). همه آثار چرمی دارای ساختاری پروتئینی هستند، که شرایط مناسبی برای رشد قارچهای پروتئولیتیک[2] دارند که به تجزیه ساختار چرم و صدمات جبران ناپذیر به آنها منجر میشود (6). تخریب زیستی مواد آلی بهعنوان یک فرآیند بازیافت بسیار با اهمیت است، اما در مورد آثار موزهای، این فرآیند آسیب به مستندات تاریخی را در بر دارد و موجب از دست دادن اطلاعات با ارزشی میشود (7). بنابراین، شناخت قارچهای 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. در ارتباط با بررسی قارچهای آسیبرسان در آثار تاریخی چرمی و آسیبهای زیستی ناشی از آنها گزارشهایی منتشر شدهاست (1، 2، 8-10). در این میان، آسپرژیلوس و پنیسیلیوم از شایعترین کپکها در ارتباط با کپکزدگی چرم و کاغذ پوست معرفی شدهاند (11). با این حال کپکهای دیگری نیز وجود دارند که به تخریب اشیاء پوستی منجر میشوند (12 و 13). فعالیت میکروارگانیسمها محدود به قارچها و کپکها نیست و گروهی از باکتریها همچون اﺳﺘﺮﭘﺘﻮﻣﺎﯾــﺴﺖها[3] نیز، نقش مهمی در تخریب آثار دارند (14). روشهای معمول شناسایی پاتوژنها و قارچها، بسته به نوع روش، معمولاً همراه با مشکلاتی چون حساسیت کم، زمانبر بودن، هزینهی بالا و عدم شناسایی گونههای جدید است و بهطور معمول در تعداد نمونههای زیاد قابل استفاده نیستند (15- 18). در میان روشهای پیشنهادی برای بررسی سریع، روشهای زیستشناسی مولکولی[4] بهعنوان روشهای سریع و حساس برای شناسایی درنظر گرفته میشوند. اما این روشها هنوز در مقیاس بزرگ کارآمد نیستند (16 و 18). در این بین تشخیص و شناسایی میکروارگانیسمها با استفاده از روشهای اسپکتروسکوپی[5] بهدلیل حساسیت، سرعت، هزینهی پایین، سادگی روش و عدم استفاده از ترکیبات مضر شیمیایی قابل بررسی و مطالعه است (16 و 19). طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) از جمله تکنیکهای طیفسنجی در بررسی ساختاری مواد است که با توجه به میزان جذب پرتوهای عبوری مادون قرمز بر اساس ارتعاش مولکولی پیوندهای موجود در ساختار مواد (به ویژه ترکیبات آلی)، میتواند برای ارزیابی ساختاری بهکار رود. با توجه به مشخصشدن ویژگیهای ساختاری و مولکولی در این شیوه، از این روش میتوان در ابعاد گستردهای از علوم زیستی برای دستیابی به اهداف مختلف، استفاده کرد. از جمله روشهای این طیفسنجی شیوهی انعکاسی یا طیفبینی انعکاس کل تضعیفشده تبدیل فوریه مادون قرمز (ATR-FTIR[6]) است که به ارزیابی پرتوهای انعکاس یافته از نمونه میپردازد. یکی از مزایای این شیوه نسبت به روش عبوری، حداقل مراحل مورد نیاز برای آمادهسازی نمونه و نیز ارزیابی نمونههای مختلف که امکان ثبت طیف عبوری آنها وجود ندارد، است. طیف FTIR از هر ترکیب شناخته شده، اثر انگشت منحصر به فردی را ارائه میکند (20). از اینرو بر اساس برخی مطالعات، طیفسنجی FTIR بهعنوان روشی موفق در تشخیص و شناسایی میکروارگانیسمها مطرح شدهاست (17 و 21). از این روش در موارد گوناگونی همچون تشخیص و شناسایی سلولهای سرطانی (22 و 23)، سلولهای آلوده به ویروس (24) و میکروارگانیسمها همچون قارچها (16، 18، 19، 25-30) استفاده شده است. این روش، شیوهای سریع در تفکیک قارچها در سطح جنس است (18) و در برخی موارد نیز امکان تفکیک در سطح گونه نیز وجود دارد (31 و 32). در راستای آنچه گفته شد، تعدادی شیء چرمی تاریخی مربوط به دورهی سلجوقی (با قدمتی حدود 800 سال) با هدف شناسایی قارچهای موجود بر روی آنها بر اساس ویژگیهای ماکروسکوپی، میکروسکوپی و ریختشناسی بررسی شدند. پس از شناسایی، برخی از آنها با هدف امکانسنجی تفکیک و شناسایی میکروارگانیسمها بهوسیلهی طیفبینی انعکاس کل تضعیف شده تبدیل فوریه مادون قرمز (ATR-FTIR) بر اساس ویژگیهای ساختاری، ارزیابی شدند.
مواد و روشها
در این بررسی نمونههایی مربوط به یک مجموعه شیء چرمی شامل: مشک، کفش و بقایایی از خز، پوست و سایر اشیاء چرمی که در جریان آواربرداری سال 1385 محوطهی تاریخی قلعهکوه قاین در استان خراسان جنوبی کشف شدهبود، مطالعه شد. این آثار که منسوب به دورهی سلجوقیاند (قرن 11 تا 13 میلادی)، از زمان کشف تا کنون، تحت مالکیت سازمان میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری استان خراسان جنوبی واقع در بیرجند، هستند. برای شناسایی نوع قارچ، از روش کشت در محیط سابورو دکستروز آگار (SDA؛ محصول شرکت کیولب[7] کانادا) استفادهشد. شیوهی تهیه، مطابق روش پیشنهادی تولید کننده (65 گرم در هر لیتر) بود. روش کشت، بر اساس اصول مطرح شده در استانداردهای ملی ایران، شمارهی 9899 و 3194 بود (33 و 34). ابزار و محل نمونه برداری، با استفاده از آب ژاول، اتانول و اشعهی UV، و محیط کشت تهیه شده در اتوکلاو با دمای 121 درجه سانتیگراد و فشار psi 20 به مدت 15 دقیقه استریل شدند. نمونهها پس از کشت، به مدت 18 روز در دمای 28 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 70 درصد، قرار گرفتند. شایان ذکر است محفظه انکوباتور نیز پیش از قرارگیری نمونهها، ضد عفونی شده بود. برای شناسایی قارچها، ویژگیهای ماکروسکوپی آنها از جمله شکل، رنگ و سرعت رشد کلونی بررسی شدند. پس از آن ویژگیهای میکروسکوپی شامل: صفات ریختشناسی و ویژگیهای ظاهری قارچها با میکروسکوپ نوری (مدل BK-POL/BK-POLR ساخت کمپانی آلشن[8] کشور چین) بررسی شد. پس از شناسایی جنس قارچها، نمونههایی بهشکل جامد و از هر دو بخش میسلیوم و اسپور مورد مطالعه FTIR قرار گرفتند. برای بررسی ساختاری از دستگاه طیفسنج تبدیل فوریه مادون قرمز[9] مدل نیکولت نکسوز 470[10] ساخت شرکت ترمو نیکولت[11] آمریکا، متصل به نرمافزار OMNIC، مجهز به ابزار ثبت انعکاسی (ATR)[12] با سطح آنالیزور کریستال ZnSe، بهروش ATR، استفاده شد. محدودهی مورد بررسی 600 تا cm-14000 و طیفها حاصل 32 پیمایش با تفکیکپذیری cm-14 بودند. قبل از هر آزمون، دستگاه با طیف هوا بهعنوان زمینه، کالیبره میشد. سپس طیفها بهمنظور سنجش امکان تفکیک و شناسایی جنسها و گونههای مختلف قارچ و نیز سایر میکروارگانیسمها بر اساس شکل و موقعیت پیکها ارزیابی شدند. علاوه بر این تحلیل خوشهای به روش وارد[13] نیز بر اساس مساحت زیر نمودار طیفها در 4 محدوده 2800 تا cm-13000، 1485 تا cm-11780،
1185 تا cm-11485 و 900 تا cm-11185 و همچنین موقعیت قرارگیری کلیهی پیکها، پس از تصحیح خط زمینه[14]، ارزیابی شد. در این راستا از ویرایش 19 برنامه SPSS استفادهشد.
نتایج
شناسایی قارچها و تأثیرات آنها
در مجموع از آثار مورد بررسی،23 نمونه قارچ همراه یک نمونه مخمر جداسازی شد. جدایههای بررسی شده، بر اساس نتایج حاصل از بررسی ویژگیهای ماکروسکوپی و میکروسکوپی، مربوط به جنسهای پنیسیلیوم (9 مورد، 3/33 درصد)، آسپرژیلوس (5 مورد، 5/18 درصد)، کلادوسپوریوم (4 مورد، 8/14 درصد)، رایزوکتونیا (2 مورد، 4/7 درصد) و تریکوفیتون (1 مورد، 7/3 درصد) و همچنین مخمر (1 مورد، 7/3 درصد) بود. جنس دو گونه از قارچها (2 مورد، 4/7 درصد) نیز شناسایی نشد. علاوه بر موارد ذکر شده، در 3 نمونه (1/11 درصد) نیز رشد میکروارگانیسمها مشاهده نشد. نتایج حاصل از بررسی ماکروسکوپی و میکروسکوپی قارچها و شناسایی جنس آنها، در جدول 1 ذکر شدهاست. موارد مشخص شده در این جدول، مورد طیفسنجی ATR-FTIR قرار گرفتند. علاوه بر نمونههای ذکر شده در جدول، در 16 نمونه دیگر، کلونی باکتری تشکیل شد و از بین این موارد نیز دو نمونه بررسی شد.
جدول 1- قارچهای شناسایی شده بر روی نمونههای چرم
جنس قارچ |
کد نمونه چرم |
تعداد |
|||||||||||||||||||
1-A |
1-B |
1-C |
4-C |
4-C-1 |
5-B |
9-A |
9-B |
9-C |
10 |
Cs-A |
Cs-A-G |
Cs-B-Z |
Cs-C-Z |
Cs-E |
Cs-F |
Sh-2 |
Sh2-5 |
2R-SH2 |
SH2 Tri |
||
پنیسیلیوم |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
9 |
آسپرژیلوس |
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
* |
* |
* |
|
* |
|
|
|
|
5 |
کلادوسپوریوم |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
* |
|
* |
* |
|
|
4 |
رایزوکتونیا |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
2 |
تریکوفیتون |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
1 |
مخمر |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
شناسایی نشد |
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
در بین قارچهای شناسایی شده، بیشتر گونهها مربوط به دو جنس آسپرژیلوس و پنیسیلیوم است، که با توجه به همهجایی بودن این دو جنس، قابل توجیه است (36). در گزارشهای منتشر شده نیز، معمولاً بیشترین درصد قارچها را در آرشیو و موزهها دارا هستند (1، 37 و 38). در آثار چرمی و پوستی، کلاژن و کراتین، بخش اعظم پروتئین موجود در ساختار آنها را شامل میشود. این قارچها با تولید آنزیمهای پروتئاز (39-43) به تجزیه ساختار پروتئینی چرم منجر میشوند. پروتئازهایی مانند کلاژنازها و کراتینازهای حاصل از آسپرژیلوس و پنیسیلیوم را میتوان از عوامل شایع در آسیب آثار بررسی شده دانست (44). فعالیت قارچها به تجزیه پروتئینها به آمینو اسیدها منجر میشود و برخی از اسیدهای آلی را تولید میکند؛ که نتیجهی آن هیدرولیز الیاف کلاژن و تخریب چرم است (شکل 1).
شکل 1- چپ: بقایای لنگه کفشی چرمی (SH2 Tri) ؛ a: کلونیهای سفید تشکیل شده بر روی سطح چرم مربوط به قارچ تریکوفیتون؛
b: لکههای قرمز ایجاد شده توسط فعالیت قارچ؛ راست: شکل [15]SEM از مقطع عرضی لکههای قرمز با بزرگنمایی 5000 برابر که نشاندهنده نفوذ قارچ به لایههای زیرین چرم و تخریب شدید الیاف کلاژن است که بهشکل کاهش استحکام و پودری شدن الیاف سطحی چرم دیده میشود (آرشیو نگارنده)
همچنین قارچها و باکتریها چه در شرایط هوازی و غیر هوازی، جدا از هیدرولیز و تخریب الیاف کلاژن، هیدرولیز تاننهای گیاهی را نیز در پی دارند. بهعنوان مثال، کاتشین[16] که از مهمترین تاننهای گروه متراکم[17] شونده است، تحت تأثیر قارچها و باکتریها هیدرولیز شده، که نتیجهی آن تشکیل اسیدهای آلی است. نتیجه فعالیت در شرایط بیهوازی، هیدرولیز کاتشین و تشکیل متابولیتهای اسیدی[18] است. در شرایط هوازی نیز ترکیباتی چون بتا-کتوآدیپات[19]، پروتوکاتکوئیک[20]، ﻓﻠﻮروﮔﻠﻮﺳﻴﻨﻮل کربوکسیلیک اسید[21] و کاتکول[22]تولید میشود که در نهایت به تشکیل سیتریک اسید و پروئیک اسید منجر میشوند (45-50). تشکیل این اسیدها افزایش شدت هیدرولیز در الیاف کلاژن را نیز در پی دارد. این قارچها علاوه بر تخریب ساختار چرم، سمومی را تولید میکنند که میتواند برای افرادی که در تماس با آنها هستند، مضر باشد. این قارچهای آلرژیزا با توجه به قابلیت تولید مایکوتوکسین (2، 3 و 35) مشکلات متعددی را برای افراد ایجاد میکنند و از راه استنشاق اسپور سمی و تماس مستقیم پوستی وارد بدن شده و میتوانند باعث بیماریهای مختلفی شوند (4). آسپرژیلوس قابلیت تولید زهرابههای آفلاتوکسین [23]B1، G1 و M1، اکراتوکسین A[24]، پاتولین[25]، استریگما توسیستین[26] و سیکلوپیازونسور[27] و پنیسیلیوم توانایی تولید اکراتوکسین A، سیترینین[28]، پاتولین، سیکلوپیازونسور و پنیترم A[29]، را دارد. همچنین کلادوسپوریوم میتواند فاگی کلادوسپوریک اسید[30] و اپیکلادوسپوریک اسید[31] تولید کند (51 و 52). قارچهای جنس کلادوسپوریوم و پنیسیلیوم بهعنوان عوامل ایجاد آسم شناخته شدهاند و جنس آسپرژیلوس عامل طیف وسیعی از بیماریهایی است که تحت عنوان آسپرژیلوزیس[32] شناخته میشود (53).
تفکیک بر اساس شکل و موقعیت پیک در طیف ATR-FTIR
شکل 2، دیاگرام ATR-FTIR، مربوط به قارچ (کد نمونهی P8 در جدول 2) را نشان میدهد. در این دیاگرام، برخی از مهمترین گروههای عاملی موجود در ساختار قارچ مشخص شدهاست. باندهای جذبی
cm-11642 (Amide I)، cm-11550 (Amide II) (30 و 54)، cm-11315 (Amide III)(18) ، cm-11453 (CH3) (16) و cm-11417 (C-N) (18) مربوط به ترکیبات پروتئینی موجود در قارچ است. جذبهایی در محدودهی cm-11730 (C=O) (16 و 54) ، 2856 و
cm-12930 (CH2 و CH3) (18، 30 و 55) اشاره به ساختار چربیهای قارچ دارد. پیکهای موجود در
1076 و cm-11243 مربوط به PO2 در فسفولیپیدها (16, 19 و 54) و یا اسیدهای نوکلئیک (18) است. همچنین، پیکهای 1034 و cm-1 1152 اشاره به C-O در کربوهیدراتها (پلی ساکاریدها) دارند (18 و 56). در این محدوده، بتا (3-1) پلیساکاریدها[33]
در حدود 1150، 1100 و cm-11078،
بتا (3-1) گلوکان[34] در cm-11035، گالاکتومانانها[35]، بتا (3-1) پلی ساکاریدها در cm-11015، بتا (6-1) گلوکانها[36] در cm-1990 و مانانها[37] در حدود
cm-1965 جذبهایی را دارند (18). طیف جذبی در cm-13372 به OH آب (18) مربوط است و cm-11378 نیز اشاره به پیوند C-H در CH2 (16) دارد. همچنین جذب در حدود cm-11209 اشاره به C-C-N دارد (16).
شکل 2- گروههای عاملی کلی موجود در طیف ATR-FTIR قارچ (پنیسیلیوم) در محدودهی cm-1 4000-600، پس از تصحیح خط زمینه
در شکل 3، تفاوتهای ساختاری بین قارچ، مخمر و باکتری بر اساس تفاوت در نوارهای جذبی طیف
ATR-FTIR ارزیابی شده است. تفاوت واضحی میان نوار جذبی باکتری (رنگ قرمز) با طیفهای مخمر و قارچ به ویژه در بازهی 900 تا cm-11200 مربوط به ترکیبات پلیساکارید (29) وجود دارد. همچنین شدت جذب در محدودهی 2800 تا cm-13000 برای گروههای CH2 و CH3 بسیار کاهش یافته است. تفکیک نوارهای جذبی ATR-FTIR مربوط به مخمر و قارچ کمی مشکلتر است. مطابقت طیف مخمر با طیفهای جذبی کلیه قارچهای بررسی شده، گویای کاهش شدید شدت جذب مخمر در حدود 1075 تا cm-11080 نسبت به قارچهاست. این طیف اشاره به بتا (3-1) پلیساکاریدها در دیوارهی سلولی قارچها و یا گروه عاملی PO2 در فسفولیپید و نوکلئیک اسیدها دارد.
شکل 3- مقایسه نوار جذبی طیف ATR-FTIR قارچ، مخمر و باکتری
بررسی طیف ATR-FTIR گونههایی از جنسهای رایزوکتونیا، کلادوسپوریوم، آسپرژیلوس، پنیسیلیوم و تریکوفیتون در شکل 4، نشان از برخی تفاوتهای ساختاری در نوارهای جذبی جنسهای مختلف قارچ دارد. در کلادوسپوریوم، در حدود cm-1997 (برای پلیساکاریدها) بر خلاف جنسهای دیگر جذبی نمیتوان مشاهده کرد و در تریکوفیتون جذب مربوط به گالاکتومانانها و بتا (3-1) پلیساکاریدها در دیوارهی سلولی، در حدود cm-11010 دیده میشود. علاوه بر این، نوار جذبی قارچ تریکوفیتون از نظر شکل و شدت جذب، به روشنی با جنسهای دیگر، متفاوت است. نمونهی آسپرژیلوس نیز با داشتن دو جذب مشخص در 1222 و cm-11349 که در نمونههای دیگر چندان قابل مشاهده نیست و عدم مشاهدهی دو جذب در حدود 1315 و cm-11378 بر خلاف سایر نمونهها، از قارچهای دیگر تفکیک پذیر است. همچنین شدت جذب حدود cm-11450 در آسپرژیلوس کاهش قابل توجهی دارد. در نمونهی رایزوکتونیا، جذب در cm-11378، شدت آن افزایش یافته و همچنین در cm-11325 طیف جذبی مربوط به پلیساکاریدها نسبت به سایر قارچها شکلی شارپتر و نوک تیزتر دارد، که در دیگر نمونهی بررسی شده نیز (کد نمونه Rh2 در جدول 2)، قابل مشاهده بود و علاوه بر آن سایر قارچها این جذب را در حدود cm-11035 نشان میدهند. تفاوتهای جزئی دیگری نیز همچون cm-11743 برای C=O در کلادوسپوریوم و برخی موارد دیگر نیز قابل مشاهده است. براساس ویژگیهای ماکروسکوپی در نمونههای جنس کلادوسپوریوم، احتمالاً سه گونه با ویژگیهای کلونی متفاوت وجود دارد. شکل 5، طیفهای ATR-FTIR این قارچها را نشان میدهد. براساس ویژگیهای ماکروسکوپی، Cla1 و Cla2 مربوط به یک گونه، Cla3 نیز گونهای دیگر و همچنین Cla4 و Cla5 نیز احتمالاً متعلق به گونهی دیگری از جنس کلادوسپوریوم هستند. بر این اساس، طیفهای
ATR-FTIR این قارچها را نیز میتوان به سه دسته مبنی بر تفاوتها و تشابهات نوار جذبی تقسیم کرد. Cla1 و Cla2 در cm-11204، Cla4 و Cla5 به ترتیب در
1212 و cm-11211 دارای جذبی با شدت کمتر هستند؛ و در Cla3، شکل پیک در این ناحیه کاملاً متفاوت شده و با طیف مجاور دچار همپوشانی شدهاست. Cla1,2 هر دو در cm-11251.4، Cla3 در cm-11241 و Cla3,4 در cm-11247 دارای جذب هستند. در حدود cm-11355 نیز نوارهای جذبی Cla1,2 از طیفهای 3 نمونهی دیگر کاملاً متمایز است، علاوه بر این، طیف C=O در این دو نمونه در حدودcm-11745 مشخص است، اما در Cla3 چندان قابل مشاهده نیست و در Cla4,5 نیز از لحاظ شدت و شکل پیک متمایز از گروه اول است. Amide I، در Cla1,2 در 1641 و cm-11640، Cla3
در cm-11631 و Cla4,5 در cm-11639 دارای جذب است.
در این پژوهش، بررسی بهمنظور تفکیک گونههای مختلف پنیسیلیوم نیز بر اساس ویژگیهای میکروسکوپی و ماکروسکوپی و تلفیق با نوارهای جذبی طیفهای ATR-FTIR انجام شد، که نتایج چندان قابل استناد نبود و نیاز به بررسیهای بیشتر محسوس است.
تحلیل خوشهای بر اساس مساحت زیر نمودار
ATR-FTIR
در شکل 6، نمودارهای مربوط به تحلیل خوشهای طیفهای قارچها بر اساس مساحت زیر نمودار در چهار بازهی مختلف را میتوان مشاهده کرد. نمونهها در این نمودارها، مطابق جدول 2، کد گذاری شدهاند.
شکل 4- طیفهای ATR-FTIR قارچهایی از جنس (از بالا به پایین) تریکوفیتون، پنیسیلیوم، آسپرژیلوس، کلادوسپوریوم و رایزوکتونیا
شکل 5- طیفهای ATR-FTIR از گونههایی از قارچ کلادوسپوریوم
جدول 2- کد میکروارگانیسمهای مورد بررسی ATR-FTIR، بر اساس نوع و جنس آنها
|
نوع و جنس |
|||||||||||||||||||||||
پنیسیلیوم |
آسپرژیلوس |
کلادوسپوریوم |
رایزوکتونیا |
تریکوفیتون |
مخمر |
شناسایی نشد |
باکتری |
|||||||||||||||||
کد نمونه |
P1 |
P2 |
P3 |
P4 |
P5 |
P6 |
P7 |
P8 |
P82 |
P9 |
Asp |
Cla1 |
Cla2 |
Cla3 |
Cla4 |
Cla5 |
Rhi1 |
Rhi2 |
Tri |
Yea |
Un1 |
Un2 |
Ba1 |
Ba2 |
با توجه به تعداد نمونههای هر گروه از قارچها، هدف از خوشهبندی بیشتر تفکیک کلادوسپوریوم و پنیسیلیوم است. در مورد سایر قارچها، با توجه به تعداد محدود آنها که در حدود 1 یا 2 نمونه است، تفکیک به این روش ممکن نیست. با وجود این، ارزیابی در محدودهی 2800 تا cm-1 3000، امکان جداسازی قارچهای کلادوسپوریوم را تا حدودی فراهم میآورد. این محدوده که به گروههای CH2 و CH3 مربوط است، در نمونههای کلادوسپوریوم، تقریباً مساحت بیشتری را نسبت به قارچ پنیسیلیوم در بر میگیرد و با در نظر گرفتن میزان بیشتر C=O در محدودهی cm-11740 در نمونههای کلادوسپوریوم (شکل 4)، میتوان عنوان کرد که میزان چربی در قارچ کلادوسپوریوم به مراتب بیشتر از پنیسیلیوم است. باکتریها نیز با توجه به نتایج حاصل، در بازههای 2800 تا cm-1 3000 و 1185تا
cm-1 1485 از جنسهای مختلف قارچ تفکیکپذیر هستند و در محدودهی 900 تا cm-1 1185 به طور کامل از قارچها و مخمرها جداسازی شدهاند. این بازه به ترکیبات پلیساکاریدی مربوط است که در ساختار باکتری میزان آن بسیار کمتر از قارچ و مخمر است و میتواند در تفکیک آنها استفاده شود.
B |
A |
D |
C |
شکل 6- نتایج تحلیل خوشهای بر اساس مساحت زیر نمودار طیفهای ATR-FTIR، پس از تصحیح خط زمینه در چهار محدودهی
(A) 2800 تا cm-13000، (B) 1485تا cm-11780، (C) 1185 تا cm-11485 و (D) 900 تا cm-11185
تحلیل خوشهای بر اساس موقعیت پیک در طیفهای ATR-FTIR
شکل 7، نمودار تحلیل خوشهای بر اساس عدد موجی پیکهای مربوط به آزمون ATR-FTIR نمونههای قارچ و دیگر میکروارگانیسمها را نشان میدهد. در این بررسی، باکتریها به طور کامل از سایر میکروارگانیسمهای بررسی شده تفکیکپذیر هستند و قارچ تریکوفیتون نیز در خوشهای مجزا نسبت به سایر قارچها قرار گرفتهاست. نمونههای پنیسیلیوم نیز به جز کد نمونهی P9، در خوشههای مشابه قرار دارند که نشان دهندهی امکان تفکیک این قارچ بهاین شیوهاست. اما در مورد قارچ کلادوسپوریوم، گونههای این قارچ در دو دستهی مجزا قرار دارند. با وجود این، گونههای مشابه Cla1,2 و Cla4,5، خوشههایی مشابه دارند، که نشان دهندهی تفکیکپذیری این قارچ در سطح گونه است. در این بررسی، مخمر و آسپرژیلوس نیز، تا حدودی نسبت به سایر قارچها تفکیکپذیر هستند. اما در این نمودار، با وجود تشابه قارچهای رایزوکتونیا، امکان تفکیک آنها از جنس پنیسیلیوم امکان پذیر نیست.
شکل 7- نتایج تحلیل خوشهای بر اساس عدد موجی مربوط به پیکهای ATR-FTIR در محدودهی 600 تا cm-14000
بحث و نتیجهگیری
آثار چرمی با ارزشی در گذر زمان، باقی مانده و امروزه در بسیاری از موزهها و آرشیوها دیده میشوند. ساختار چرم بسیار آسیبپذیر بوده و از این رو سرعت تخریب آن نسبت به بسیاری از آثار دیگر، بیشتر است. عوامل متعددی در تخریب آثار چرمی دخیلاند؛ که دستهی مهمی از آنها عوامل زیستی و به ویژه قارچها هستند. بررسی اشیاء چرمی قلعهکوه قاین، نشاندهندهی فعالیت قارچهایی از جنس پنیسیلیوم، آسپرژیلوس، کلادوسپوریوم، رایزوکتونیا و تریکوفیتون و نیز باکتری و مخمر بود. این قارچها با توجه به تولید زهرابههای گوناگون، توانایی ایجاد مشکلات و بیماریهای گوناگونی را برای کارکنانی که با این اشیاء در ارتباطند دارند. از طرفی فعالیت این قارچها که همراه با تولید آنزیمهای پروتئاز است، موجب تخریب چرم شده و جدا از آسیبهای ساختاری چون تجزیه و هیدرولیز الیاف، در ویژگیهای ظاهری اثر نیز تأثیر میگذارند. میکروارگانیسمها علاوه بر ساختار کلاژن، تاننهای گیاهی را نیز تخریب میکنند که معمولاً محصول نهایی آن، اسیدهای آلی است. این اسیدهای آلی، که حاصل فعالیت قارچ بر روی چرم است، هیدرولیز اسیدی زنجیرههای کلاژن چرم را در پی دارد. هر چند شرایط مخازن، محیط ایده آل رشد قارچ نیست، اما این عوامل قابلیت فعالیت آرام، اما پیوسته را دارند؛ که نتیجهی آن، از دست دادن اطلاعات و آثار ارزشمند تاریخی است. از اینرو، نتایج حاصل میتواند در انتخاب راهکار مناسب درمانی برای این آثار، مفید واقع شود. بررسی ساختار قارچ با استفاده از طیفسنجی ATR-FTIR و بر اساس شکل و موقعیت پیک، نتایج مناسبی در مورد امکان تفکیک قارچ، مخمر و باکتری عرضه کرد. باکتریها در محدوده 900 تا cm-11200 مربوط به پلیساکاریدها و 2800 تا cm-13000 برای CH2 و CH3 با قارچها و مخمرها تفاوت واضحی دارد. همچنین شدت جذب در حدود 1075 تا cm-11080 مربوط به بتا (3-1) پلیساکاریدها در دیوارهی سلولی و یا گروه عاملی PO2 در فسفولیپید و نوکلئیک اسیدها در مخمر نسبت به قارچ کاهش یافتهاست. بررسی جنسهای رایزوکتونیا، کلادوسپوریوم، آسپرژیلوس، پنیسیلیوم و تریکوفیتون، برخی تفاوتهای ساختاری در بازهی 900 تا cm-11750 را نشان میدهد. همچنین در برخی موارد، بر اساس موقعیت و شکل پیک، امکان تفکیک گونههای قارچ نیز، وجود دارد. در موارد بررسی شده، این روش در تفکیک گونههای مورد بررسی جنس کلادوسپوریوم عملکرد مناسبی از خود نشان داد. بر اساس نتایج تحلیل آماری مساحت زیر نمودار به روش خوشهای نیز میتوان گفت، این شیوه به سبب تفاوت در میزان چربی در جنسهای پنیسیلیوم و کلادوسپوریوم، تا حدودی میتواند در تفکیک آنها، در محدودهی 2800 تا cm-13000 مورد استفاده قرار گیرد و عملکرد مناسبی در تفکیک قارچ و باکتری به ویژه در ناحیه 900 تا cm-11185 مربوط به پلیساکاریدها دارد. اما تحلیل آماری خوشهای بر اساس عدد موجی مربوط به پیکها، عملکرد مناسبتری در تفکیک قارچها و سایر میکروارگانیسمها از خود نشان داد. در این شیوه تفکیکپذیری تعداد بیشتری از قارچها ممکن بود. جدا از آن، نمونههای P8 و P82 که به یک کلونی مربوط هستند، در این شیوه، تشابه بیشتری را نسبت به ارزیابی مساحت زیر نمودار نشان میدهند. از این رو، میتوان FTIR را در کنار سایر روشهای شناسایی، به عنوان ابزاری کمابیش مناسب برای تفکیک آسان و سریع قارچ و دیگر میکروارگانیسمها، بهکار برد. سادگی در آمادهسازی نمونه، اجتناب از استفاده از مواد شیمیایی با توجه به هزینه و اثرات منفی زیست محیطی آنها، قابل اطمینان بودن نتایج، زمان کوتاه در هر تحلیل در مقایسه با روشهای معمول دیگر، روش
ATR-FTIR را به ابزاری مناسب در بررسی قارچها در مقیاس بزرگ تبدیل میکند. با وجود این نمیتوان تنها با استناد به نتایج این شیوه در ارتباط با قارچها و سایر میکروارگانیسمها اظهار نظر کرد و به نظر میرسد نتایج این روش در ارتباط با شناسایی و تفکیک میکروارگانیسمها، تنها در تلفیق با سایر روشهای شناسایی قابل بررسی و بحث است. از اینرو طیفسنجی IR در کنار سایر روشهای معمول مورد استفاده، بهبود بهرهوری در طبقهبندی و شناسایی قارچها را در پی دارد. علاوه بر این، با توجه به مشخص کردن ترکیب شیمیایی در این تحلیل، میتوان از آن در درک بهتر فرآیندهای شیمیایی پیچیده در رشد قارچ و تخریب بستر، استفاده کرد.
تشکر و قدردانی
نگارندگان بر خود لازم میدانند از کارکنان اداره کل میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری خراسان جنوبی، به ویژه جناب آقای مهندس محمدعلی بزرگمهر بهسبب در اختیار قرار دادن نمونههای مورد بررسی، کمال تشکر را داشته باشند.
[1]. Mycotoxin
[2]. Proteolytic
[3]. Streptomycetes
[4]. Molecular biology methods
[5]. Spectroscopic techniques
[6]. Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared
[7]. Quelab
[8]. Alltion
[9]. FTIR Spectrometer
[10]. Nicolet Nexus 470
[11]. Thermo Nicolet
[12]. PIKE MIRacle attenuated total reflectance (ATR)
[13]. Ward’s algorithm
[14]. Baseline correction
[15]. Scanning Electron Microscope
[16]. Catechin
[17]. Condensed Tannins
[18]. Acid metabolites
[19]. β-ketoadipate
[20]. Protocatechuic
[21]. Phloroglucinol carboxylic acid
[22].Catechol
[23]. Aflatoxin B1
[24]. Ochratoxin A
[25]. Patulin
[26]. Sterigmatocystin
[27]. Cyclopiazonsaure
[28]. Citrinin
[29]. Penitrem A
[30]. Fagicladosporic acid
[31]. Epicladosporic acid
[32]. Aspergillosis
[33]. β (1→3) polysaccharides
[34]. β (1→3) glucan
[35]. Galactomannans
[36]. β (1→6) glucans
[37]. Mannans