新方法为获取古代人类遗骸中的蛋白质提供了关键
牛津大学纳菲尔德医学系的研究人员开发的一种新方法可能很快就会解开古代软组织蛋白质中保存的庞大生物信息库。 这些发现可能为古生物学发现开辟一个新时代，已于今天（5 月 28 日）在 PLOS ONE 上发表。 从大脑和肌肉到胃和皮肤 -- 保存完好的软组织可以提供对过去和个人生活的独特见解。 但到目前为止，这个科学在很大程度上无法获得信息宝库。 在这项新研究中，由研究生研究员 Alexandra Morton-Hayward（牛津大学）领导的团队开发了第一种从古代软组织中提取和识别蛋白质的稳健方法，然后在考古人脑样本中展示了其能力。 “到目前为止，对古代蛋白质的研究主要局限于骨骼和牙齿等矿化组织，”Morton-Hayward 说。 “但是内脏器官——一个更丰富的生物信息来源——仍然是一个“黑匣子”，因为没有既定的分析方案。 我们的方法改变了这一点。 一个关键的障碍是找到一种有效的方法来破坏细胞膜以释放蛋白质。 在对从维多利亚济贫院墓地出土的 200 年历史的人类大脑样本测试了十种不同的策略后，该团队发现尿素（尿液的主要成分）成功打开细胞，释放其中的蛋白质。 提取后，用液相色谱分离蛋白质，并使用质谱法（一种根据蛋白质的质量和电荷分离蛋白质的分析技术）进行鉴定。 该团队发现，通过将液相色谱-质谱步骤与一种称为高场不对称波形离子迁移谱的方法（根据离子在电场中的移动方式分离离子）耦合，它们可以将鉴定的蛋白质数量增加多达 40%。 这使得该技术成为从难以分析的样品（包括降解或非常复杂的混合物）中回收蛋白质的强大方法。 Morton-Hayward 补充道：“这一切都归结为分离：通过增加额外的步骤，您更有可能自信地鉴定感兴趣的分子。 这有点像倒出一桶乐高积木：如果你可以开始通过颜色来区分各个部分，然后是形状，那么大小等。 你就越有可能用这一切做出有意义的事情。 使用组合方法，该团队仅从 2.5 毫克样本中鉴定了 1,200 多种古代蛋白质——这是迄今为止从任何考古材料中报道的最大、最多样化的古蛋白质组。 研究人员指出，蛋白质是探索近代和深沉过去的理想工具，因为它们在考古记录中的存活时间比 DNA 长得多，并且可以告诉我们生活经历一个个体，超越了他们的基因蓝图。 在牛津大学药物发现中心工作，该团队确定了控制健康大脑功能的各种蛋白质，反映了人类神经系统的分子复杂性，但也发现了神经系统疾病（如阿尔茨海默氏症和多发性硬化症）的潜在生物标志物。 “绝大多数人类疾病——包括精神疾病和心理健康障碍——都留下了不痕迹，因此它们在考古记录中基本上是不可见的，“Morton-Hayward 说。 “这项新技术打开了一扇我们以前从未看过的人类历史之窗。” 由于人类蛋白质在骨骼中表达的比例不到 10%，而在内脏器官中表达的蛋白质约为 75%，因此这项技术有望极大地扩展我们对古代饮食、疾病、环境和进化关系的理解。 资深作者，医学发现中心的 Roman Fischer 教授牛津大学补充说：“通过能够从古老的软组织中检索蛋白质生物标志物，该工作流程使我们能够研究骨骼以外的病理学，从而改变我们了解过去人群健康状况的能力。 该方法已经因其适用于广泛的考古材料和环境而引起了人们的兴趣——从木乃伊遗骸到沼泽尸体，从抗体到肽激素。 Christiana Scheib 博士，没有参与这项研究的剑桥大学动物学系说：“古老的软组织很少保存下来，但可以保存如此强大的进化历史信息。 首先开发从这些材料中获取相关信息的最佳方法是关键，这就是本研究的作用。 这种类型的基础实验工作对于该领域的发展至关重要。 这项研究设计得很好，我期待着看到会发生什么从这项工作实现的未来蛋白质数据中收集。