Ученые восстанавливают разнообразие белков из 200-летнего человеческого мозга

Фото из открытых источников

Новый метод, разработанный исследователями из медицинского факультета Наффилда Оксфордского университета, вскоре может открыть обширное хранилище биологической информации, содержащейся в белках древних мягких тканей. Результаты, которые могут открыть новую эру для палеобиологических открытий, были опубликованы в PLOS ONE.

От мозгов и мышц до желудка и кожи — сохраненные мягкие ткани могут предложить уникальные сведения о прошлом и жизни людей. Но до сих пор эта сокровищница информации была в значительной степени недоступна для науки.

В новом исследовании группа под руководством Александры Мортон-Хейворд (Оксфордский университет) разработала первый надежный метод извлечения и идентификации белков из древних мягких тканей, а затем продемонстрировала его возможности на археологических образцах человеческого мозга.

«До сих пор исследования древних белков ограничивались в основном минерализованными тканями, такими как кости и зубы», — говорит Мортон-Хейворд. «Но внутренние органы, которые являются гораздо более богатым источником биологической информации, оставались «черным ящиком», поскольку не существовало установленного протокола для их анализа. Наш метод меняет это».

Ключевым препятствием был поиск эффективного способа разрушения клеточных мембран для высвобождения белков. После тестирования десяти различных стратегий на образцах 200-летних человеческих мозгов, найденных на викторианском кладбище работного дома, команда обнаружила, что мочевина (основной компонент мочи) успешно разрушает клетки, высвобождая содержащиеся в них белки.

После экстракции белки разделяются с помощью жидкостной хроматографии и идентифицируются с помощью масс-спектрометрии (аналитический метод, позволяющий разделять белки на основе их массы и электрического заряда).

Команда обнаружила, что, объединив этап жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии с методом, называемым спектрометрией ионной подвижности с асимметричной формой волны в сильном поле (который разделяет ионы на основе того, как они движутся в электрическом поле), они могут увеличить количество идентифицированных белков до 40%.

Это делает данную методику эффективным подходом к извлечению белков из образцов, которые трудно анализировать, включая деградированные или очень сложные смеси.

«Все сводится к разделению: добавляя дополнительные шаги, вы с большей вероятностью сможете уверенно идентифицировать интересующие вас молекулы. Это немного похоже на вываливание ведра Lego: если вы можете начать различать детали по цвету, форме, размеру и т. д., тем больше у вас шансов сделать из всего этого что-то значимое», - добавила Мортон-Хейворд.

Используя комбинированный метод, команда идентифицировала более 1200 древних белков всего из 2,5 мг образца — это, безусловно, самый большой и разнообразный палеопротеом, когда-либо обнаруженный в археологических материалах.

Исследователи отмечают, что белки являются идеальным средством для навигации в недавнем и далеком прошлом, поскольку они сохраняются в археологических записях гораздо дольше, чем ДНК, и могут рассказать нам о жизненном опыте человека, выходящем за рамки его генетического кода.

Работая в Центре по исследованию лекарственных средств Оксфордского университета, команда выявила разнообразный спектр белков, которые регулируют здоровую функцию мозга, отражая молекулярную сложность нервной системы человека, а также выявила потенциальные биомаркеры неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз.

«Подавляющее большинство человеческих болезней, включая психиатрические заболевания и расстройства психического здоровья, не оставляют следов на костях, поэтому они, по сути, невидимы в археологических записях», — говорит Мортон-Хейворд. «Эта новая технология открывает окно в историю человечества, в которое мы раньше не заглядывали».

Поскольку менее 10% человеческих белков экспрессируются в костях по сравнению с примерно 75% во внутренних органах, этот метод обещает значительно расширить наши знания о древнем питании, болезнях, окружающей среде и эволюционных связях.

«Благодаря возможности извлечения белковых биомаркеров из древних мягких тканей этот рабочий процесс позволяет нам исследовать патологию за пределами скелета, трансформируя нашу способность понимать здоровье прошлых популяций», - добавил соавтор исследования профессор Роман Фишер из Оксфордского университета.

Метод уже привлек интерес своей применимостью к широкому спектру археологических материалов и сред — от мумифицированных останков до болотных тел, от антител до пептидных гормонов.

«Древние мягкие ткани сохраняются крайне редко, однако могут содержать такую важную информацию об эволюционной истории. Крайне важно сначала разработать наилучший способ получения соответствующей информации из этих материалов, что и сделано в этом исследовании», - отметила Кристиана Шайб из Кембриджского университета, которая не принимала участия в исследовании. «Этот тип фундаментальной экспериментальной работы имеет решающее значение для дальнейшего развития этой области. Исследование хорошо спланировано, и я с нетерпением жду возможности увидеть, что будет получено из будущих данных о белках, которые были получены в результате этой работы».