Департамент по древна история, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

протеини

Катедра по химия и биомолекулярни науки, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

Катедра по химия и биомолекулярни науки, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

Австралийско съоръжение за анализ на протеоми, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

Катедра по дентална хигиена, Колеж по здравни науки, Eulji University, Sungnam, Южна Корея

Катедра по анатомия, Национален университет в Сеул, Медицински колеж, Сеул, Южна Корея

Департамент по обществено здраве и педиатрични науки, Секция по правна медицина, Университет в Торино, 10126 Торино, Италия

UMR 7268, Laboratoire d'Anthropologie bio-culturelle, Droit, Étique and Santé (ADÉS), Faculté de Médecine de Marseille, 13344 Marseille, Франция

Катедра по химия и биомолекулярни науки, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

Катедра по древна история, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

Катедра по химия и биомолекулярни науки, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

Катедра по химия и биомолекулярни науки, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

Австралийско съоръжение за анализ на протеоми, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

Катедра по дентална хигиена, Колеж по здравни науки, Eulji University, Sungnam, Южна Корея

Катедра по анатомия, Национален университет в Сеул, Медицински колеж, Сеул, Южна Корея

Департамент по обществено здраве и педиатрични науки, Секция по правна медицина, Университет в Торино, 10126 Торино, Италия

UMR 7268, Laboratoire d'Anthropologie bio-culturelle, Droit, Étique and Santé (ADÉS), Faculté de Médecine de Marseille, 13344 Marseille, Франция

Катедра по химия и биомолекулярни науки, Университет Macquarie, North Ryde, NSW 2109, Австралия

Резюме

Проведохме протеомичен анализ на четири проби от кожа и една мускулна тъкан, взети от три древни египетски мумии от първия междинен период, приблизително на 4200 години. Мумиите първо са датирани чрез радиовъглеродно датиране на съпътстващия текстил и са морфологично изследвани чрез сканираща електронна микроскопия на допълнителни кожни проби. Протеините се екстрахират, разделят на SDS-PAGE (натриев додецил сулфат полиакриламиден гел електрофореза) гелове и се разграждат в гел с трипсин. Получените пептиди се анализират с помощта на нанопоточна високоефективна течна хроматография – масспектрометрия. Идентифицирахме общо 230 уникални протеина от петте проби, които се състоеха от 132 уникални протеинови идентификации. Открихме голям брой колагени, което беше потвърдено от нашите микроскопични данни и е в съгласие с предишни изследвания, показващи, че колагените са много дълголетни. Както се очакваше, открихме и голям брой кератини. Идентифицирахме многобройни протеини, които осигуряват доказателства за активиране на вродената имунна система в две от мумиите, една от които също съдържа протеини, показващи тежко възпаление на тъканите, вероятно индикация за инфекция, за която можем да предположим, че е свързана с причината за смъртта.

Тази статия е част от тематичния брой „Количествена масспектрометрия“.

1. Предистория

Използването на полимеразна верижна реакция (PCR) в съдебно-археологическите изследвания е дало голямо количество високо информативни данни и резултати. Въпреки това не е без ограничения [1]. Един от основните въпроси е, че ДНК се разгражда поне 10 пъти по-бързо от протеините [2]. Следователно, останки от древни мамути и мастодонти, които обикновено са на възраст 5000–100 000 години, могат да бъдат анализирани за наличие на ДНК или протеин [3–5]. Въпреки това, не се открива количество ДНК в фосилите на динозаври, които са на десетки милиони години, така че те не подлежат на анализ с помощта на PCR - въпреки преобладаващата вяра в популярната култура. Протеините, за разлика от тях, са били открити в множество фосили на динозаври на възраст 60–70 милиона години [6–10], въпреки че тези резултати не са без противоречия [11].

Процесът на усилване, използван при PCR анализ, е нож с две остриета. Когато е направено правилно и всичко работи добре, е възможно да се увеличат измерими количества ДНК от изчезващо малки количества изходен материал [12]. Въпросът за замърсяването обаче се очертава широко, особено в древните материали. Малко количество замърсяваща ДНК може да бъде усилено също толкова лесно, което може да доведе до грешни резултати [13]. Анализът на древни протеини с помощта на протеомични техники не разчита на усилване. Това означава, че трябва да има значително повече протеинов материал в тъканна проба, за да бъде открит. Едва през последните години чувствителността на масовото спектрометрично (MS) откриване на протеини се е подобрила до такава степен, че сега е възможно да се анализират такива малки количества. Въпросът за замърсяването присъства и при анализа на протеотичната пушка на древни проби [14], но по различен начин. Материалите, извлечени от древни гробни места, може да са били замърсени от боравене от хора, участващи в процеса на вземане на проби, и ние нямаме начин да контролираме това.

През последните години при различни разследвания се използват съдебно-молекулярни техники за анализ, включващи както ДНК, така и протеини. Те са разкрили някои много важни доказателства, които са помогнали за разкриването на важни археологически прозрения. Примерите включват потвърждение за присъствието на Yersinia pestis при заподозрени жертви на средновековна чума [15–17] и откриването на доказателства за Mycobacterium tuberculosis през късния неолит - ранна медна ера скелетни човешки останки от Унгария [18] и тъканни проби от 500-годишни мумифицирани останки на инките [19].

Един много известен набор от мумифицирани останки, открити в по-ново време, е този на 5300-годишния тиролски леден човек Еци, намерен в капан в ледник през 1991 г. Този добре запазен екземпляр е обект на множество изследвания, включително: анализ на кожите от неговите съоръжения, за които е установено, че идват от овце, кози, говеда, елени, диви кози, вълк или лисица и евентуално мечка [20,21]; подробно проучване на мозъчния протеом [22]; откриване на Treponema denticola при тъканна биопсия [23]; и пълна геномна последователност за древен изолат на Helicobacter pylori [24]. Тези проучвания включват прилагане на разнообразни техники, включително протеомични подходи на основата на гел и течна хроматография, екстракция на древна ДНК, PCR амплификация на избрани целеви молекули и технологии за секвениране на геном и метагеном от следващо поколение.

Основата на това проучване беше наличието на малък брой много малки проби от кожа и мускулна тъкан от мумии от първия междинен период (FIP; ок 2181–2055 г. пр. Н. Е.), Приблизително на 4200 години. Мумиите произхождат от Assiut и Gebelein, два провинциални обекта в Среден Египет. Некрополът Асиут се намира на около 375 км южно от Кайро, докато Гебелейн е на 28 км южно от съвременния Луксор, на западния бряг на Нил.

2. Материал и методи

а) вземане на проби

Проби от тъкани бяха събрани от три мумии, съхранявани в постоянната колекция на Museo Egizio в Торино, Италия, през 2014 г., както следва.

Възрастна неизвестна мумия

Възрастна мумия, пол неизвестен, S.16742 Gebelein, (FIP) ок 2160–2055 г. пр. Н. Е.