Proteiner indlejret i maling afslører kunstens hemmelige historie

Når man ser på "Jomfruen og barnet med to engle og Johannes Døberen", et maleri fra det 15. århundrede, der menes at stamme fra den store italienske maler Sandro Botticellis værksted, vil man sandsynligvis beundre den lysende kvalitet af Jesubarnets hud eller Marias fredfyldte blik.

Og man vil formentlig kun bebrejde de færreste, hvis de ikke lægger mærke til kyllingen og hovdyret i maleriet. De er nemlig kun en del af malingen.

Ved at anvende teknikker, der er udviklet til at studere proteiner i arkæologiske fund, har et hold forskere fra Københavns Universitet og National Gallery i London kunnet finde nye lag af maleriernes hemmelige historie.

Deres forskning, offentliggjort i juni i Scientific Reports, præsenterer en måde at analysere bittesmå animalske proteiner fanget i et maleris pigmenter og basislag for at lære om de materialer og teknikker, kunstneren brugte, såvel som de forhold, maleriet har været opbevaret under i årtier eller århundreder – siden det blev skabt.

Forskere siger, at denne form for analyse kan hjælpe kunstforvaltere med at vælge effektive konserveringsmetoder og beslutte, hvordan man bedst fremviser og opbevarer et maleri, og måske endda også til at kunne opsnuse forfalskninger.

Resultaterne var "endnu bedre, end vi næsten havde håbet på," siger hovedforfatter af studiet Fabiana Di Gianvincenzo, postdoc  på University of Ljubljana og tidligere ph.d.-studerende ved Københavns Universitet. 

Historie er et mysterium

"Når du går rundt i National Gallery i London, og du ser på malerierne på væggen, ser de alle ud, som om de er pletfri," siger David Peggie, kemisk analytiker og seniorforsker ved National Gallery og medforfatter til undersøgelsen. I virkeligheden har malerier som "Jomfruen og barnet" været igennem en masse – århundreders – rengøring og genberøringer, lysskader, røgophobning. Og næsten alt dette er helt ukendt for de personer, der har til opgave at beskytte malerierne.

"Hvis vi er heldige, har vi måske dokumentation for de sidste par hundrede år, hvor malerierne har indgået i en samling, der er blevet registreret," forklarer Peggie. "Vi prøver virkelig at starte fra selve objektet og så spørge, hvad kan objektet fortælle os? Og det kan være alt fra noget om kunstneren, og hvordan det blev lavet, hele vejen igennem til historien om, hvad der er sket med det i de efterfølgende år."

Alt, hvad der kan skaffes af viden om de materialer, kunstneren brugte eller maleriets efterfølgende historie, kan derfor ifølge Peggie hjælpe dets forvaltere med at beslutte de bedste metoder til konservering, hvordan maleriet skal vises eller opbevares, og ovenikøbet lære os noget om, hvordan kunst blev produceret på det tidspunkt, hvor det blev skabt.

Proteomik

Man ved, at de gamle mestres maling er elendigt – fyldt med animalske proteiner. Æggeblomme og animalsk lim var populært bindemateriale til pigmenter. Men der er ikke foretaget mange analyser på selve proteinerne.

"Proteomics er et udtryk, der bruges til at beskrive en række teknikker, der studerer hele proteinsammensætningen af ​​en prøve," siger Di Gianvincenzo. ”Det startede med moderne materialer – man kan for eksempel studere alle proteinerne i en celle eller i en organisme. Men med palæoproteomik blev det samme princip anvendt til at studere proteinerne indeholdt i gamle prøver, nogle få hundrede år gamle til millioner af år gamle."

Et vigtigt værktøj i proteomik er massespektrometri, hvor prøver fordampes og derefter bombarderes, indtil de er reduceret til deres mindste bestanddele. For proteiner er det aminosyrer, som derefter kan sekventeres for at bestemme den primære struktur af ​​proteinet.

Proteomisk analyse afslører ikke kun identiteten af ​​proteinerne, "men også hvilken biologisk art materialer kommer fra, ja, ligefrem hvilket væv, der blev brugt til at producere dette materiale, og endelig karakterisering af eventuelle proteinskader," siger Di Gianvincenzo.

"Det giver os mulighed for at vide præcis, hvad der blev brugt, prøve at forstå, hvorfor det blev brugt, og så hvad der skete med det gennem tiden ud fra den skade, som vi kan se," forklarer hun.

Størrelse betyder noget

Forskerne var usikre på, om den proteomiske analyse overhovedet ville være mulig for prøverne, da proteinbindingsmaterialet udgør mindre end 10 procent af malingen, og da de andre 90 % – pigmenterne – gør det vanskeligt at udvinde proteiner.

Men den største hindring var selve størrelsen. Tidligere proteomiske undersøgelser af malerier har kun været mulige til at identificere kilden til proteiner med relativt store prøver, op til et par hundrede mikrogram, svarende nogenlunde til vægten af et enkelt valmuefrø. 

Di Gianvincenzos team ville nøjes med ti gange mindre prøver – omkring 20 mikrogram.

Før de rørte ved Botticellis maleri, ønskede Di Gianvincenzo og hendes kolleger at bekræfte, at deres teknik ville fungere. Det gjorde de på mock-up-malerier lavet ved hjælp af de samme teknikker som de gamle mestre, men med kendte komponenter.

Holdet skrabede bittesmå prøver af maling og bindemiddel fra overfladen af ​​10 mock-up-malerier. For hver prøve indsamlede de en større prøve – omtrent på størrelse med prøver indsamlet i tidligere undersøgelser, omkring 300 mikrogram – og en mindre prøve på omkring en tredjedel af denne vægt.

De var glædeligt overrasket over endeligt at identificere de proteiner, der er til stede i alle ti af de store prøver og otte ud af ti af de små prøver, idet de fandt proteiner fra kaninhudslim, kyllingeæggeblomme og uldfibre.

Tackler Botticelli

Efter at have perfektioneret protokollen var det tid til at lade den stå sin prøve på noget, der var seks gange ældre end de ældste mock-up-malerier. Mens Botticelli-maleriet undergik rutinemæssig restaurering, blev små prøver skrabet af to punkter nær eksisterende skader ved kanten af ​​maleriet: gul maling fra Sankt Johannes' ærme og blå maling og en smule af jordlaget fra Marias kappe.

Prøverne var så små, at holdet ikke havde adgang til en fin nok vægt til at veje dem præcist, men forfatterne mente, at de var mellem 10-20 mikrogram.

Forskerne blev "opmuntrede" af at se, at analysen af ​​disse mikroprøver var i stand til at identificere oprindelsen af ​​de tilstedeværende proteiner, nogle gange ned til vævstypen.

Begge malingprøver indeholdt æggeblomme fra høns, hvilket nutidige kilder bekræfter var en fast bestanddel i Botticellis arbejde, og animalsk lim fra enten får eller ged (proteinerne er meget ens og svære at skelne).

Forskerne var også i stand til at vurdere niveauet af skader på proteinerne ved at tjekke for deamidering, når dele af visse aminosyrer fjernes eller ændres.

Kan bestemme præcis, hvordan de blev lavet

Peggie og Di Gianvincenzo siger, at viden om, at mikroprøver fra malerier kan være nok til proteomisk analyse, åbner mange døre.

Det første trin vil være at prøve mere 'normale' malerier som Botticellis for at etablere en baseline til sammenligning for forskellige medier, tidsperioder og kunstnere. "Når vi har det på plads, kan vi for alvor begynde at anvende det, når vi løber ind i en hovedpine," forklarer Peggie – som fx kan være malerier med områder med usædvanlige skader, der kan skyldes brugen af ​​et ukonventionelt materiale, eller potentielle forfalskninger, der kan have brugt materialer, der ikke er tilgængelige på tidspunktet eller har proteinskader, der ikke stemmer overens med deres formodede alder.

Næste projekt indenfor massespektrometeret for Di Gianvincenzos hold vil være prøver fra Raphael-tegninger i den afdøde Elizabeth d. II's samling. "Raphael er en meget interessant kunstner, fordi han arbejdede på tværs af mange medier og havde masser af samarbejder," siger Peggie. Han håber på, at Di Gianvincenzo og hendes kolleger med de nye proteomiske teknikker kan "prøve at bestemme præcis, hvordan de blev lavet."