一种由牛津大学纳菲尔德医学系研究人员开发的新方法，有望解锁保存在古代软组织中的大量生物信息。这项研究成果已经发表在《PLOS ONE》杂志上。
“到目前为止，对古代蛋白质的研究主要局限于矿化组织，如骨骼和牙齿。但内脏器官——这些器官是更为丰富的生物信息来源——一直是一个‘黑箱’，因为没有既定的分析方案。我们的方法改变了这一点。”
首席研究员亚历山德拉·莫顿-海沃德（University of Oxford）
从大脑、肌肉到胃和皮肤——保存下来的软组织可以提供独特的过去生活的见解。但迄今为止，这一宝贵的信息宝库对科学界来说基本上是不可及的。在这项新研究中，由研究生亚历山德拉·莫顿-海沃德（牛津大学地球科学系和药物发现中心）领导的团队开发了首个从古代软组织中提取和鉴定蛋白质的稳健方法，并在考古人类大脑样本上展示了其能力。
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。经过对从维多利亚时代工作坊墓地挖掘出的200年历史的人类大脑样本进行十种不同策略的测试后，研究小组发现尿素（尿液的主要成分）成功地打开了细胞，释放了其中的蛋白质。
提取后，蛋白质通过液相色谱法分离，并使用质谱法（一种基于质量与电荷分离蛋白质的分析技术）进行鉴定。研究小组发现，将液相色谱-质谱步骤与高场非对称波形离子迁移谱（一种基于离子在电场中的移动方式分离离子的方法）相结合，可以将识别出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）中恢复蛋白质的强大方法。
一个大约200年的保存完好的古老大脑。本研究描述的新技术现在提供了一种从这类样本中提取和鉴定蛋白质的方法。照片来源：亚历山德拉·莫顿-海沃德。
莫顿-海沃德说：“一切都归结于分离：通过添加额外的步骤，你更有可能自信地识别感兴趣的分子。这有点像把一桶乐高倒出来：如果你能开始根据颜色、形状、大小等进行区分，你就更有机会用它做出有意义的东西。”
使用这种组合方法，研究小组从仅2.5毫克的样本中识别出超过1,200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和最多样化的古蛋白质组。研究人员指出，蛋白质是导航近期和远古过去的理想载体，因为它们在考古记录中的存活时间比DNA长得多，并且可以告诉我们个体的生活经历，而不仅仅是他们的遗传蓝图。
在牛津大学药物发现中心工作的研究小组识别出了一系列调控健康大脑功能的蛋白质，反映了人类神经系统的分子复杂性——但也识别出一些神经系统疾病的潜在生物标志物，如阿尔茨海默病和多发性硬化症。“绝大多数人类疾病——包括精神疾病和心理健康障碍——在骨骼上不会留下痕迹，因此在考古记录中实际上是看不见的。”莫顿-海沃德说。“这项新技术为我们打开了一扇以前从未看过的了解人类历史的窗口。”
“通过使我们能够从古代软组织中检索蛋白质生物标志物，这个工作流程使我们能够调查骨骼以外的病理学，从而彻底改变我们理解过去人群健康的能力。”资深作者罗曼·菲舍尔教授（药物发现中心）表示。
由于人体中不到10%的蛋白质在骨骼中表达，而在内部器官中约为75%，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。这种方法已经引起了广泛的兴趣，适用于各种考古材料和环境——从木乃伊遗体到沼泽尸体，从抗体到肽激素。
剑桥大学动物学系的克里斯蒂安娜·谢伊布博士（未参与该研究）说：“古代软组织很少被保存下来，但可能包含有关进化史的强大信息。首先开发出从这些材料中获取相关信息的最佳方法是关键，而这正是这项研究所做的。这种类型的基础实验工作对于该领域的前进至关重要。这项研究设计得很好，我期待看到未来由此工作启用的蛋白质数据将会带来什么。”
研究论文《深古蛋白质组学剖析考古人类大脑》已发表在《PLOS ONE》杂志上。
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