Наноскопическая визуализация помогает понять сохранение белков и тканей в древних костях

Пилотное исследование Университета Северной Каролины показывает, что наноскопическая 3D-визуализация древней кости не только даёт дополнительное представление об изменениях мягких тканей в процессе фоссилизации, но и имеет потенциал в качестве быстрого и практичного способа определения образцов, наиболее подходящих для сохранения древней ДНК и белковых последовательностей. Работа опубликована в iScience.

Исследователь Лэндон Андерсон сравнил небольшие образцы современных костей коровы, аллигатора и страуса с образцами плейстоценовой эпохи: шерстистого мамонта, степного бизона, северного оленя и лошади. Плейстоценовые образцы были извлечены из оттаявшей древней вечной мерзлоты на территории Юкон в Канаде.

Применение разбавленного кислотного раствора к образцам растворило минеральную часть костей, оставив их белковый каркас из коллагена. Используя сканирующую электронную микроскопию (SEM) с увеличением до 150 000x, удалось визуализировать фибриллы коллагена и кровеносные сосуды в деминерализованных образцах кости.

Поверхности визуализированных структур были просканированы с помощью масс-спектрометрии вторичных ионов с время-пролётным анализатором (ToF-SIMS), что позволило идентифицировать химические сигнатуры и дополнительно подтвердить, что это коллаген и кровеносные сосуды.

Данные визуализации и ToF-SIMS показали, что образцы ледникового периода всё ещё состоят из исходной, не фоссилизированной костной ткани — это субфоссилии, которые сохраняют большую часть своей первоначальной, неизменённой органической ткани и белков, подобно современным костям.

Основная идея этого пилотного исследования заключается в том, что данный наноскопический подход можно применять к костям по всей палеонтологической летописи, чтобы лучше понять химические и структурные изменения, происходящие с органическими тканями во время фоссилизации.

Эта техника также потенциально может использоваться в качестве инструмента для предварительного скрининга древних костных образцов на сохранность ДНК и белковых последовательностей.

Визуализация с помощью электронного микроскопа позволяет непосредственно наблюдать наноскопические коллагеновые фибриллы кости, которые, по сути, являются пучками молекул белка коллагена.

Коллаген — белок прочный. Поэтому, если в древнем костном образце отсутствуют эти фибриллы (если они деградировали), то в образце также вряд ли будет какая-либо восстанавливаемая ДНК, а содержание белка будет, как минимум, снижено. Эта техника может быть практичным первым шагом для отбора образцов-кандидатов для дальнейшего молекулярного анализа.