牛津大学开发的新方法可从古代软组织中提取蛋白质，揭示大脑健康标志物，并拓展对古代疾病和生物学的认知。
牛津大学纳菲尔德医学系的研究人员开发出一种新方法，有望很快解锁储存在古代软组织蛋白质中的大量生物信息。他们的研究成果近期发表在《PLOS ONE》期刊上，可能标志着古生物学研究新时代的开端。
大脑、肌肉、胃和皮肤等软组织能够揭示过去以及个体生命的独特信息。然而，这一宝贵的信息来源对科学家而言一直遥不可及。在这项新研究中，由研究生研究员亚历山德拉·莫顿-海沃德（牛津大学）领导的团队，首次提出了一种从古代软组织中可靠提取和鉴定蛋白质的方法，并在考古发掘的人脑组织样本上进行了测试。
“迄今为止，对古蛋白质的研究主要局限于骨骼和牙齿等矿化组织，”莫顿-海沃德说。“但内脏器官 —— 作为生物信息丰富得多的来源 —— 却一直是个‘黑匣子’，因为缺乏分析它们的既定方案。我们的方法改变了这一点。”
破解古代细胞
主要挑战之一是找到一种可靠的方法来打破细胞膜并释放内部的蛋白质。该团队在从维多利亚时期济贫院墓地发掘出的200年历史的人脑样本上测试了十种不同的方法。他们发现尿素（尿液的关键成分）能有效分解细胞并释放蛋白质。
蛋白质被提取出来后，利用液相色谱进行分离，然后通过质谱法进行鉴定 —— 该技术通过蛋白质的质量和电荷来区分它们。
为了改进这一过程，研究人员增加了一个称为“高场不对称波形离子迁移谱（FAIMS）”的步骤，该步骤根据离子在电场中的运动方式对其进行分离。这种组合使鉴定出的蛋白质数量增加了40%，使该方法在分析降解或复杂样本时特别有效。
莫顿-海沃德补充道：“这归根结底是分离的问题：通过增加额外的步骤，你更有可能自信地鉴定出目标分子。这有点像倒出一桶乐高积木：如果你能先按颜色区分积木块，然后按形状，再按大小等等，你就越有可能用它们拼出有意义的东西。”
有史以来记录的最大古蛋白质组
使用这种组合方法，团队仅用2.5毫克样本就鉴定出超过1200种古蛋白质 —— 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远古历史的理想载体，因为它们在考古记录中的存留时间远超DNA，并且能告诉我们个体在其基因蓝图之外的生活经历。
该团队在牛津大学药物发现中心工作，他们鉴定出了多种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 —— 但也识别出了神经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 —— 不会在骨骼上留下痕迹，因此它们在考古记录中基本上是隐形的，”莫顿-海沃德说。“这项新技术为我们打开了一扇观察人类历史的新窗口，这是我们以前从未窥探过的。”
超越骨骼和DNA的飞跃
由于人类蛋白质在内脏器官中的表达比例约为75%，而在骨骼中则不到10%，因此这项技术有望极大地拓展我们对古代饮食、疾病、环境和进化关系的理解。资深作者、牛津大学药物发现中心的罗曼·菲舍尔教授补充道：“通过实现从古代软组织中提取蛋白质生物标志物，这一工作流程使我们能够研究骨骼之外的病理学，彻底改变我们理解过去人群健康状况的能力。”
该方法因其对广泛的考古材料和环境的适用性 —— 从木乃伊遗骸到沼泽尸体，从抗体到肽类激素 —— 已经引起了关注。
未参与该研究的剑桥大学动物学系克里斯蒂安娜·沙伊布博士表示：“古代软组织很少能保存下来，却可能蕴藏着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至关重要，这正是这项研究所做的。这类基础性实验工作对于该领域的向前发展至关重要。这项研究设计精良，我期待看到这项工作将促成的未来蛋白质数据所带来的发现。”
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