Study of proteins in Cultural Heritage samples by micro-Raman spectroscopy and proteomics

L’analyse d’échantillons du Patrimoine Culturel est primordiale pour des questions de compréhension de technique, conservation et restauration. Cependant, ces échantillons sont rares et précieux et l’analyse doit être effectuée sur une faible quantité de matière, ce qui nécessite le développement et l’optimisation de méthodologies analytiques appropriées. L’objectif de ce travail de thèse a été de développer des méthodes analytiques dans le but d’étudier les protéines dans des échantillons du Patrimoine Culturel.Les changements structuraux et les modifications chimiques des protéines des liants de peinture, provoqués par interaction avec les autres composés ou par le vieillissement ont été mis en évidence grâce à l’utilisation de la micro-spectrométrie Raman et de l’analyse protéomique. Les travaux ont ensuite ciblés un type de substance protéique abondamment utilisé en tant qu’adhésif et liant de peinture : la colle animale. Une méthodologie, basée sur l’analyse par spectrométrie de masse à haute résolution et permettant l’identification de l’espèce d’origine des colles animales est présentée. Elle a été appliquée avec succès sur un échantillon de dorure du 18ème siècle révélant ainsi la nature de la colle animale utilisée pour la préparation de la couche d’apprêt et pour la fixation des feuilles d’or. Enfin, une problématique liée à l’identification du contenu des amphores, qui est à l’heure actuelle un véritable challenge à cause des conditions de conservation des objets archéologiques a été abordée. Le développement d’une méthode d’analyse protéomique permettant d’identifier les résidus de protéines, piégés dans les tessons d’amphores archéologiques est exposée.The analysis of Cultural Heritage samples brings information on the understanding of a technique and is essential for conservation and restoration issues. However, as these samples are scarce and precious little amount is available for the analysis, which requires the development and the optimization of appropriate analytical methods. The purpose of this thesis was to develop analytical methods for the study of proteins in Cultural Heritage samples. Structural changes and chemical modifications of proteins in paint binder, due to the presence of other components or due to ageing have been investigated by using micro-Raman spectrometry and proteomics analysis. The work was then focused on a particular kind of proteinaceous substance frequently used as painting binder and adhesives: the animal glue. A method, based on high resolution mass spectrometry and allowing the identification of the origin species of the glues on the basis of species-specific peptides is presented. It was successfully applied on a gilt sample dating from the 18th century. Bovine glue was identified in the plaster support and as adhesive for the gold leaf. The development of analytical tools for the analysis of archeological samples is also a challenging task owing to the conditions in which such objects have been stored. A proteomics-based method for the identification of protein residues in archaeological ceramics is presented. Here, the work was focused on the identification of fish-specific peptides because analysis of fish amphorae was expected