Джесика Хенди

1 Катедра по археология, Институт за наука за човешката история Макс Планк, Йена, Германия

3 BioArCh, Катедра по археология, Университет в Йорк, Йорк, Великобритания

Кристина Warinner

2 Катедра по археогенетика, Институт за наука за човешката история Макс Планк, Йена, Германия

4 лаборатории по молекулярна антропология и изследвания на микробиоми, Катедра по антропология, Университет в Оклахома, Норман, САЩ

5 Институт за еволюционна медицина, ETH-Цюрих, Университет в Цюрих, Цюрих, Швейцария

7 Катедра по пародонтология, Колеж по дентална медицина, Център за здравни науки на Университета в Оклахома, Оклахома, Оклахома, САЩ

Абигейл Бауман

5 Институт за еволюционна медицина, ETH-Цюрих, Университет в Цюрих, Цюрих, Швейцария

Матю Дж. Колинс

3 BioArCh, Катедра по археология, Университет в Йорк, Йорк, Великобритания

8 EvoGenomics, Природонаучен музей на Дания, Университет в Копенхаген, Копенхаген, Дания

Сара Фидимент

3 BioArCh, Катедра по археология, Университет в Йорк, Йорк, Великобритания

Роман Фишер

10 Discovery Proteomics Facility, Target Discovery Institute, University of Oxford, Oxford, UK

Ричард Хаган

2 Катедра по археогенетика, Институт за наука за човешката история Макс Планк, Йена, Германия

4 лаборатории по молекулярна антропология и изследвания на микробиоми, Катедра по антропология, Университет в Оклахома, Норман, САЩ

Кортни А. Хофман

4 лаборатории по молекулярна антропология и изследвания на микробиоми, Катедра по антропология, Университет в Оклахома, Норман, САЩ

Малин Холст

3 BioArCh, Катедра по археология, Университет в Йорк, Йорк, Великобритания

12 York Osteoarchaeology Ltd, Bishop Wilton, Йорк, Великобритания

Ерос Чавес

7 Катедра по пародонтология, Колеж по дентална медицина, Център за здравни науки на Университета в Оклахома, Оклахома, Оклахома, САЩ

13 Pinellas Dental Specialities, Largo, FL 33776, САЩ

Лорън Клаус

4 лаборатории по молекулярна антропология и изследвания на микробиоми, Катедра по антропология, Университет в Оклахома, Норман, САЩ

7 Катедра по пародонтология, Колеж по дентална медицина, Център за здравни науки на Университета в Оклахома, Оклахома, Оклахома, САЩ

Грегер Ларсън

11 Изследователската мрежа на палеогеномиката и биоархеологията, Изследователска лаборатория за археология и история на изкуството, Университет в Оксфорд, Оксфорд, Великобритания

Meaghan Mackie

8 EvoGenomics, Природонаучен музей на Дания, Университет в Копенхаген, Копенхаген, Дания

9 Център за изследвания на протеини Novo Nordisk, Факултет по здравеопазване и медицински науки, Университет в Копенхаген, Копенхаген, Дания

Криста Макграт

3 BioArCh, Катедра по археология, Университет в Йорк, Йорк, Великобритания

Ейми З. Мундорф

14 Катедра по антропология, Колеж по изкуства и науки, Университет на Тенеси, Ноксвил, Тенеси, САЩ

Анита Радини

3 BioArCh, Катедра по археология, Университет в Йорк, Йорк, Великобритания

Huiyun Rao

15 Ключова лаборатория за еволюция на гръбначни животни и човешки произход на Китайската академия на науките, Институт за палеонтология и палеонтопология на гръбначните животни, Китайска академия на науките, Пекин, Китайска народна република

Кристиан Трахсел

6 Функционален център за геномика, ETH-Цюрих, Университет в Цюрих, Цюрих, Швейцария

Ирина М. Велско

11 Изследователската мрежа на палеогеномиката и биоархеологията, Изследователска лаборатория за археология и история на изкуството, Университет в Оксфорд, Оксфорд, Великобритания

Камила Ф. Спелър

3 BioArCh, Катедра по археология, Университет в Йорк, Йорк, Великобритания

16 Катедра по антропология, Университет на Британска Колумбия, Ванкувър, Британска Колумбия, Канада

Свързани данни

Данните за масова спектрометрия са достъпни чрез консорциума ProteomeXchange под присъединяването PXD009603 [54].

Резюме

1. Въведение

Археологическият зъбен камък е богат източник на древна ДНК и протеини, предоставящ прозрения за минали микробни общности в устата [1,2] и древни диети [3]. Зъбната плака се натрупва върху зъбната повърхност по време на живота и в присъствието на калциеви и фосфатни йони в слюнката и венечно-кревикуларната течност се минерализира, образувайки зъбен камък (зъбен камък) [4,5]. По този начин зъбният камък поглъща и съхранява биомолекули, свързани с оралната микробиота [1,2,6], гостоприемника [7] и вдишани и/или погълнати микродебриси [8], включително отломки от околната среда или професионалната дейност [8,9] и хранителни частици като нишестета и фитолити [10–14]. По-конкретно, следите от хранителни продукти могат да бъдат получени директно от човешката уста, като уникално разкриват точни доказателства за конкретни консумирани храни, за разлика от доказателствата за приготвяне на храна (например от остатъци върху керамични съдове) или от насипна диета (напр. Анализ на стабилен изотоп). В допълнение, зъбният камък има благоприятни условия за биомолекулно запазване, като се има предвид, че биомолекулите бързо се улавят чрез минерализация in situ и по този начин са относително защитени от промени в околната среда по време на интервала след смъртта [15].

Много храни са недостатъчно представени в археологическите архиви поради лошо съхранение на диагностичните тъкани. Докато микроскопичните фрагменти от тези храни могат да продължат да съществуват в зъбния камък, както и в почвите, керамиката и други предмети на материалната култура (като шлифовъчни камъни), таксономичната идентификация може да бъде предизвикателство. Растителните микрофосили (напр. Фитолити, нишестени гранули, цветен прашец) често са недиагностични или могат да бъдат идентифицирани само на високо ниво на таксономичен ранг, като царство (напр. Монокот) или семейство (напр. Poaceae), и вторични животински продукти (напр. Мляко, яйца ) могат да оставят малко или никакви видими археологически следи. За разлика от тях, протеините са здрави и изключително диагностични молекули, които могат да оцелеят от хиляди до милиони години в археологически и палеонтологичен контекст [16,17]. Нещо повече, протеините често се експресират в специфични тъкани, което позволява различаването на различните части на растенията (напр. Семена срещу листа) [18] и животни (напр. Мускули спрямо мляко) [3]. Ако такива диагностични протеини са запазени, те могат по-точно да идентифицират храни в сравнение с други редове археологически доказателства, като фаунистични останки, древна ДНК и стабилен изотопен анализ.

По отношение на диетичната реконструкция, анализът на древните протеини разкрива нови прозрения в идентифицирането на минали храни и съдържанието на съдовете. Примерите включват идентифициране на протеинови остатъци, залепнали по съдовете [19–21], и съставките в консервирани остатъци от хляб със закваска [22] и ферментирали млечни продукти [23]. Тези подходи са особено обещаващи в контексти, които благоприятстват биомолекулярното съхранение, като анаеробни, преовлажнени [24], студени [18] и сухи условия [20,25]. Неотдавнашното откритие на консервирани млечни протеини в рамките на древни археологически зъбни калкулации [3] допълнително разширява възстановяването на хранителни протеини отвъд анализа на необикновени находки от необичайно добре запазен контекст, до субстрат, който редовно се съхранява в много скелетни групи. Въпреки че много диетични източници на ДНК са докладвани в смятане [2,26], към днешна дата е изследван само един клас хранителни протеини (т.е. мляко).

За да изследваме този въпрос по-нататък, ние анализирахме 38 публикувани преди това набори от данни за протеомика на пушки от желязната епоха до викторианския период в Англия [3] (фигура 1). След това прилагаме новоразработен метод за екстракция на протеини, гел-подпомогната подготовка на проби (GASP) [27], към 62 проби от зъбен камък от Англия от осемнадесети и деветнадесети век. И накрая, анализираме протеини, идентифицирани в 14 проби от съвременни зъбни камъни, за да изследваме наличието и запазването на хранителните протеини в съвременните проби.

хранителни

Карта на археологически проби от зъбни камъни, анализирани в това проучване. (а) Карта на Великобритания, показваща разпространение на археологически обекти, анализирани в това проучване, цветно кодирана по период от време. Конкретни подробности за археологическите обекти, анализирани в това проучване, включително кодове на места и идентификатори на хранилища, могат да бъдат намерени в допълнителен електронен материал, таблица S2. Norton-on-Tees се позовава на два археологически обекта - East Mill и Bishopsmill School. (b) Пример за зъбен камък, анализиран в това проучване (Lower St Brides, SK1932). (Онлайн версия в цвят.)

2. Материал и методи

(резюме

3. Резултати и дискусия

(а) Идентифицирани протеини

Брой идентифицирани протеини в съвременните и древни зъбни камъни, разпределени към широки таксономични категории микробиота, човешки гостоприемник, нечовешки животни, растения и потенциални лабораторни замърсители (преди потвърждаването на предполагаемите хранителни протеини надолу по веригата). Данните включват 76 нови проби и повторен анализ на 38 файла с необработени данни, публикувани в Warinner et al. [3]. (Онлайн версия в цвят.)

Диетични протеинови източници, идентифицирани от проби от археологически (n = 26) и съвременни (n = 4) зъбни камъни. а) Делът на идентифицираните хранителни протеини, разпределени към растителни и животински източници. (б) Общият брой на идентифицираните хранителни протеини от зъбния камък (по-тъмните нюанси означават археологически проби; светлите нюанси означават съвременните проби). (c) Пропорцията на α-S1-казеин (извара) и β-лактоглобулин (суроватка) млечни протеини, идентифицирани в археологически и съвременни проби за зъбни камъни. (Онлайн версия в цвят.)

(b) Протеинова диагенеза и индивидуални вариации

Нашият временен трансект на проби от зъбни камъни, възстановени от постоянен географски район (Англия), дава представа за широкомащабните тенденции в запазването на археологическите протеини (фигура 4). Имаше статистически значима разлика в идентифицирането на общия протеин между периодите от време, както се определя от еднопосочен ANOVA (F5,110 = 8,898, p (362K, docx)

Допълнителен материал

Допълнителен материал

Допълнителен материал

Благодарности

Благодарим на следните лица, музеи и агенции за предоставянето на достъп до скелетни колекции: Съдебен център по антропология към Университета на Тенеси, Ноксвил (Dawnie Steadman); Джон Буглас Археологически услуги; Лондонски музей (Ребека Редферн, Йелена Беквалак); Природонаучен музей (Ян Барнс, Хедър Бони, Робърт Крушински); Оксфордска археология (Луиз Лое); Департамент по археология в Университета в Дърам (Anwen Caffell, Rebecca Gowland); Археологически служби на Университета в Лестър; Катедра по археология в Университета в Йорк (Cath Neal); Център за наследство на Уошбърн; Йоркски археологически тръст за разкопки и изследвания ООД (Кристин Макдонел); York Osteoarchaeology Ltd (Katie Keefe). Освен това авторите биха искали да благодарят на Саймън Хикинботъм за съдействието при генерирането на изчислителни скриптове за анализ на данни, Франк Рюли за подкрепа на инфраструктурата и Моника Тромп за полезни коментари по ръкописа.

Етика

Зъбното смятане от живи субекти беше събрано с информирано съгласие и протоколите за изследване бяха одобрени от Институционалния съвет за преглед на защитата на участниците в човешките изследвания в университета в Оклахома (IRB # 4543).

Достъпност на данни

Данните за масова спектрометрия са достъпни чрез консорциума ProteomeXchange под присъединяването PXD009603 [54].