Precipitación de carbonatos inducida microbiológicamente como potencial estrategia en la restauración de estructuras patrimoniales

Erick  Ortega-Villamagua; Mariana Arcos; Martha Romero; Carlos Vasquez; Alex Palma-Cando

doi:10.37558/gec.v21i1.1119

Erick Ortega-Villamagua Escuela de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Yachay Tech, Ecuador
Mariana Arcos Escuela de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Yachay Tech, Ecuador
Martha Romero Instituto Nacional del Patrimonio Cultural (INPC), Quito, Ecuador
Carlos Vasquez Instituto Nacional del Patrimonio Cultural (INPC), Quito, Ecuador http://orcid.org/0000-0002-1637-9540
Alex Palma-Cando Grupo de Investigación Aplicada en Materiales y Procesos (GIAMP), Escuela de Ciencias Quimicas e Ingenieria, Universidad Yachay Tech, Ecuador http://orcid.org/0000-0002-9270-9599

DOI: https://doi.org/10.37558/gec.v21i1.1119

Resumo

En los últimos años, la precipitación de carbonatos inducida microbiológicamente ha demostrado ser una potencial herramienta de restauración de piezas arquitectónicas y esculturas alrededor del mundo con buenos resultados a corto y largo plazo. En este trabajo se realizaron incubaciones partiendo de cepas bacterianas locales de Bacillus subtilis previamente aisladas e identificadas para comprobar la capacidad de estas cepas bacterianas en la producción de carbonato de calcio sobre muestras de roca carbonática. Los cristales obtenidos fueron analizados a través de FT-IR, SEM-EDS y DRX. Los resultados muestran la formación de películas estables de bioprecipitado de calcita, el polimorfo más estable de carbonato de calcio, sobre las muestras de rocas demostrando así la posibilidad de utilizar cepas no patogénicas y medios económicos para restaurar, prevenir o disminuir el futuro deterioro del patrimonio cultural.

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Biografias Autor

Erick Ortega-Villamagua, Escuela de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Yachay Tech, Ecuador

Erick Roberto Ortega obtuvo su título de Químico en la Universidad Yachay Tech en 2021. Realizó investigaciones en el Instituto Nacional de Patrimonio Natural (INPC) del Ecuador sobre la bioprecipitación de carbonatos con el objetivo final de restaurar y mantener esculturas que pertenecen al INPC, y en otro proyecto el cual buscaba establecer en una columna geológica los tipos de polen para determinar especies durante períodos temporales. Actualmente investiga de manera independiente el uso de microorganismos para el tratamiento de enfermedades autoinmunes.

Mariana Arcos, Escuela de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Yachay Tech, Ecuador

Mariana Arcos egresada de la carrera de Química en la Universidad Yachay Tech. Fue ayudante de cátedra de Química 1 durante el segundo periodo del 2021 en la Universidad Yachay Tech. Además, es miembro activo del Club de Bienestar Animal Yachay desde 2020. También, fue parte de un grupo de investigación de hemoparásitos en aves para la evaluación de la malaria aviar en un gradiente longitudinal en un bosque seco del Ecuador del 2016 al 2017. Actualmente realiza su tesis de pregrado enfocada a la consolidación de carbonatos de calcio inducidos microbiológicamente sobre muestras de mármol y travertino en conjunto con el Instituto Nacional de Patrimonio Cultural (INPC) de Ecuador.

Martha Romero, Instituto Nacional del Patrimonio Cultural (INPC), Quito, Ecuador

Doctora en Química (Universidad Central del Ecuador) y master en Arqueología del Neotrópico (Escuela Politécnica del Litoral). Especialista en análisis de materiales orientado al estudio y caracterización del patrimonio cultural y artístico ecuatoriano, donde aplica instrumentación analítica de laboratorio y portátil como: Microscopía óptica y electrónica, fluorescencia de rayos-X, difracción de rayos-X y micro difracción de Rayos-X, entre otras. Se ha dedicado al estudio de materiales y sus procesos de deterioro que sufre el patrimonio mueble e inmueble. Es investigadora y coordinadora de la unidad de Laboratorio y Análisis del Instituto Nacional de Patrimonio Cultural del Ecuador desde el 2003. Ha sido directora de proyectos de investigación y contraparte en proyectos internacionales.

Carlos Vasquez, Instituto Nacional del Patrimonio Cultural (INPC), Quito, Ecuador

Químico por parte de la Universidad Central del Ecuador. Master en Diagnóstico y Estado de Conservación de Patrimonio Histórico por la Universidad Pablo de Olavide en Sevilla, España. Es experto en el manejo de técnicas de análisis químico cualitativo, cuantitativo e instrumental con énfasis en la espectroscopia aplicada, uso analítico del sistema de imágenes multiespectral (SIM) y caracterización de materiales de naturaleza orgánica. Es el responsable del área de microbiología y bioanálisis, además del manejo de técnicas de prospección magnetométricas aplicadas a la arqueología.
Fue ayudante de cátedra en el año 2012 de las asignaturas Química Ambiental, Química Agrícola, Organometálica, Cinética y Catálisis. De igual manera, participó de la XVI expedición ecuatoriana a la Antártida como investigador científico por parte de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador.
Desde el año 2013 hasta la actualidad, se ha desempeñado como asistente de investigación e investigador Químico a tiempo completo en la Dirección de Investigación e Innovación del Instituto Nacional de Patrimonio Cultural del Ecuador (INPC).
Ha participado como expositor en varias conferencias sobre temas científicos relacionados al análisis de obras de arte y bienes culturales en varias instituciones públicas y privadas a nivel nacional e internacional. También es cotutor y asesor de varias tesis de pregrado en distintas universidades a nivel nacional.

Alex Palma-Cando, Grupo de Investigación Aplicada en Materiales y Procesos (GIAMP), Escuela de Ciencias Quimicas e Ingenieria, Universidad Yachay Tech, Ecuador

Alex Palma Cando (ORCID: 0000-0002-9270-9599) obtuvo su título de Químico en la Universidad Central del Ecuador en 2010. Desde 2011 hasta 2013, realizó sus estudios de Maestría en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) los cuales fueron enfocados en la electroquímica de polímeros conductores y en dispositivos orgánicos fotovoltaicos. Después realizó sus estudios doctorales en la Bergische Universität Wupppertal (BUW, Alemania) bajo la supervisión del Prof. Dr. Ullrich Scherf hasta febrero del 2017 cuando obtuvo su título de doctor (Dr. rer. nat.) con los más altos honores (summa cum laude). Desde abril 2017 se desempeña como profesor tiempo completo en la Escuela de Ciencias Químicas e Ingeniería de la Universidad Yachay Tech impartiendo una variedad de cursos relacionados a la Ciencia de los Materiales, Cinética Química y Química General. Él ha dirigido y participado en diversos proyectos de investigación, y ha tutelado una serie de tesis de pregrado. Es miembro de la Sociedad Internacional de Electroquímica (ISE) y es miembro fundador del Grupo de Investigaciones Aplicadas en Materiales y Procesos (GIAMP). Colabora con instituciones nacionales e internacionales en el desarrollo de diversos proyectos interdisciplinarios como son (i) la carbonatogenesis aplicada a la consolidación de estructuras patrimoniales, (ii) el desarrollo de estructuras poliméricas microporosas con aplicación en dispositivos electrónicos orgánicos y sensores, y (iii) en el desarrollo de inhibidores de corrosión ecoamigables en aleaciones metálicas. Es autor de 23 publicaciones científicas en revistas indexadas y capítulos de libros.

Referências

AL-THAWADI, S. M. (2011). ‘Ureolytic bacteria and calcium carbonate formation as a mechanism of strength enhancement of sand’, Journal of Advanced Science and Engineering Research, 1. Available at: https://www.sign-ific-ance.co.uk/dsr/index.php/JASER/article/view/26.

ALLEN, T. (no date) Serial Dilution Problem # 1. Available at: https://www.uvm.edu/~btessman/calc/serhelp.html.

ANDREOLLI, M. et al. (2020). ‘Bacteria from black crusts on stone monuments can precipitate CaCO3 allowing the development of a new bio-consolidation protocol for ornamental stone’, International Biodeterioration & Biodegradation, 153. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2020.105031.

AWAIS, M. et al. (2007). ‘Isolation, identification and optimization of bacitracin produced by Bacillus SP.’, Pakistan Journal of Botany, 39(4): 1303–1312.

BANG, S. S., GALINAT, J. K. AND RAMAKRISHNAN, V. (2001). ‘Calcite precipitation induced by polyurethane-immobilized Bacillus pasteurii’, Enzyme and Microbial Technology, 28(4–5): 404–409. https://doi.org/10.1016/S0141-0229(00)00348-3.

CAMAITI, M., BORSELLI, G. AND MATTEOLI, U. (1988). La conservazione del patrimonio monumentale: Prodotti consolidanti impiegati nelle operazioni de restauro. 10th edn. Edited by s.e. s.l.: L’edilizia e l’ industrializazzione.

CARRIÓ, V. AND MARCOS, F. (2013). ‘Pros and Cons of Restoration’, 22nd Symposium for Palaeontological Preparation and Conservation Geological Curators’ Group, (November), 12. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.19704.75526.

CHAPARRO-ACUÑA, S. P. et al. (2018) ‘Soil bacteria that precipitate calcium carbonate: Mechanism and applications of the process’, Acta Agronomica, 67(2). https://doi.org/10.15446/acag.v67n2.66109.

CHOI, S.-G. et al. (2020) ‘Review on geotechnical engineering properties of sands treated by microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) and biopolymers’, Construction and Building Materials, 246(118415). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118415.

DASKALAKIS, M. I. et al. (2013) ‘Pseudomonas , Pantoea and Cupriavidus isolates induce calcium carbonate precipitation for biorestoration of ornamental stone’, Journal of Applied Microbiology, 115(2): 409–423. https://doi.org/10.1111/jam.12234.

DICK, J. et al. (2006) ‘Bio-deposition of a calcium carbonate layer on degraded limestone by Bacillus species’, Biodegradation, 17(4): 357–367. https://doi.org/10.1007/s10532-005-9006-x.

GARCÍA-GONZÁLEZ, J. et al. (2017) ‘Quality improvement of mixed and ceramic recycled aggregates by biodeposition of calcium carbonate’, Construction and Building Materials, 154: 1015–1023. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.08.039.

GIORGI, R. et al. (2010) ‘New Methodologies for the conservation of cultural heritage: Micellar solutions, microemulsions, and hydroxide nanoparticles’, Accounts of Chemical Research, 43(6): 2. https://doi.org/10.1021/ar900193h.

Jokilehto, J. (2005) ‘Definition of cultural heritage: references to documents in history’, ICCROM Working Group ‘Heritage and Society’, (January), 4–8.

JOSEPH, E. (ed.) (2021) Microorganisms in the Deterioration and Preservation of Cultural Heritage. Cham: Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-69411-1.

MÁRCIA AIKO, J. S. et al. (2011) ‘Effect of culture medium on biocalcification by pseudomona putida, lysinibacillus sphaericus and bacillus subtilis’, Brazilian Journal of Microbiology, 42(1517–8382).

LE MÉTAYER-LEVREL, G. et al. (1999). ‘Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony’, Sedimentary Geology, 126(1–4): 25–34. https://doi.org/10.1016/S0037-0738(99)00029-9.

MICALLEF, R. et al. (2016). ‘Biocalcifying Bacillus subtilis cells effectively consolidate deteriorated Globigerina limestone’, Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 43(7): 941–952. https://doi.org/10.1007/s10295-016-1768-0.

DE MUYNCK, W. et al. (2011). ‘Influence of pore structure on the effectiveness of a biogenic carbonate surface treatment for limestone conservation’, Applied and Environmental Microbiology, 77(19: 6808–6820. https://doi.org/10.1128/AEM.00219-11.

ORTEGA-MORALES, B. O. AND GAYLARDE, C. C. (2021). ‘Bioconservation of Historic Stone Buildings—An Updated Review’, Applied Sciences, 11(12): 5695. https://doi.org/10.3390/app11125695.

ORTEGA-VILLAMAGUA, E., GUDIÑO-GOMEZJURADO, M. AND PALMA-CANDO, A. (2020). ‘Microbiologically Induced Carbonate Precipitation in the Restoration and Conservation of Cultural Heritage Materials’, Molecules, 25(23): 3–6. https://doi.org/10.3390/app1112569510.3390/molecules25235499.

PERALTA, E. AND MOYA, R. (2007). Quito: Patrimonio Cultural de la Humanidad. Maxigraf S.A.

PÉREZ, H. F. AND GARCÍA, M. G. (2020). ‘Bioprecipitation of calcium carbonate by Bacillus subtilis and its potential to self-healing in cement-based materials’, Journal of Applied Research and Technology, 18(5). https://doi.org/10.22201/icat.24486736e.2020.18.5.1280.

PIGGOT, P. J. (2009). ‘Bacillus Subtilis’, in Encyclopedia of Microbiology. 45–56. https://doi.org/10.1016/B978-012373944-5.00036-5.

SLEPECKY, R. A. AND HEMPHILL, E. H. (2006). The Genus Bacillus-Nonmedical. https://doi.org/10.1007/0-387-30744-3.

SOFFRITTI et al. (2019). ‘The Potential Use of Microorganisms as Restorative Agents: An Update’, Sustainability, 11(14). https://doi.org/10.3390/su11143853.

STEINBERG, D. et al. (2016). ‘Bacillus subtilis manual’, Molecular Microbiology, 1012–1025. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2008.06467.x.

ZHENG, T. AND QIAN, C. (2020) ‘Influencing factors and formation mechanism of CaCO3 precipitation induced by microbial carbonic anhydrase’, Process Biochemistry, 91: 271–281. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2019.12.018.