Analiza białek w starożytnych kulturach dietetycznych

Ekin Aktaş - @anthroalaska

Kultury żywieniowe w archeologii nie dotyczą wyłącznie odżywiania; Ważne jest również zrozumienie powiązań społecznych, kulturowych i ekonomicznych. Koncepcja „Foodways” obejmuje całokształt sposobu, w jaki społeczeństwo postrzega, pozyskuje, przetwarza i konsumuje żywność, a także wzorce żywieniowe w tym procesie. W tym kontekście podejścia metaproteomiczne bazujące na analizie białek rozwijają się szybko, zwłaszcza w ostatnich latach, i zaczęły dostarczać unikalnych informacji na temat starożytnych kultur żywności. Białka stały się ważnym zasobem w tej dziedzinie, ponieważ umożliwiają jednoznaczną identyfikację zarówno tkanek, jak i gatunków, a ponadto dobrze zachowują się w czasie.

Do metod służących zrozumieniu starożytnych diet i kultur żywieniowych zalicza się analizę izotopową, źródła pisane, analizy archeobotaniczne i zooarcheologiczne oraz analizy pozostałości organicznych. Jednakże większość tych metod jest ograniczona lub ogólna; Na przykład izotopy mogą jedynie wskazywać na długotrwałe spożycie białka. Z drugiej strony analizy proteomiczne pozwalają na uzyskanie szczegółowych informacji, na przykład o tym, jaka tkanka jakiego zwierzęcia została użyta.

Sekwencje aminokwasów białek mogą ujawnić, do jakiego organizmu należą. Na przykład białko β-laktoglobulina (βLG), które występuje wyłącznie w mleku owczym lub krowim, pomaga zidentyfikować gatunek zwierzęcia oraz to, czy produkt jest mlekiem, czy serem.

ZACHOWANIE W ZAPISACH ARCHEOLOGICZNYCH

Białka mogą być przechowywane przez tysiące lat, szczególnie w połączeniu z minerałami (np. pozostałościami zawierającymi wapń lub powierzchniami naczyń ceramicznych). Dzięki temu są one wyjątkowo trwałymi biocząsteczkami.

Analiza białek może dać dokładniejsze wyniki w przypadku materiałów mieszanych niż analiza lipidów. Chociaż w tym samym pojemniku można wykryć białka mleka, zbóż i mięsa, to zazwyczaj nie da się odróżnić tych mieszanek podczas analizy lipidów.

Wczesne badania koncentrowały się na wykrywaniu białek, takich jak hemoglobina, w pozostałościach krwi na narzędziach kamiennych. Jednak problemy metodologiczne, zanieczyszczenia i fałszywie dodatnie wyniki ograniczyły wiarygodność tych badań.

CERAMIKA I ICH POZOSTAŁOŚCI

Pod koniec XX wieku zaczęto wykonywać analizę aminokwasów w pozostałościach organicznych w ceramice. Nie do końca jednak wiadomo, jaki wpływ na te analizy mają efekty tafonomiczne (procesy degradacji).

Do wykrywania określonych białek stosuje się przeciwciała. Mimo że metody te są czułe, ich ograniczenia wynikają z faktu, że są ukierunkowane tylko na określone białka docelowe i często wymagają wykorzystania zwierząt.

Dzięki nowoczesnym metodom, na przykład LC-MS/MS (chromatografia cieczowa połączona ze spektrometrią masową tandemową), można zidentyfikować nawet mieszane pozostałości białek. Metoda ta umożliwia łączne wykrywanie różnych typów białek w tej samej próbce.

Najwcześniejsze badania wykazały obecność białek pochodzących z mięsa foki w garnku na Alasce. Jednakże analizy takie są trudne ze względu na ścisłe wiązanie białek w ceramice z materiałem. Jednakże przy zastosowaniu odpowiednich metod (np. rozpuszczalników rozpuszczających wapń) białka te można skutecznie usunąć.

Stwierdzono, że białko lepiej zachowuje się w pozostałościach, takich jak zwapniałe warstwy lub zwęglone resztki jedzenia na wewnętrznej powierzchni garnków. Przykładowo analizy przeprowadzone w Çatalhöyük wykazały obecność w takich szczątkach białek mleka, zbóż i mięsa.

Kamień nazębny może zawierać śladowe ilości pokarmów, które dana osoba bezpośrednio spożyła. Oprócz mleka w materiale tym wykryto również białka roślinne, pochodzące ze zbóż i warzyw.

W środowiskach beztlenowych, suchych lub mroźnych (np. na cmentarzu Xiaohe lub w kopalniach Hallstatt w Chinach) resztki jedzenia są bardzo dobrze zachowane. W ten sposób uzyskano dane na temat specjalnych praktyk przetwarzania żywności, takich jak produkcja sera, piwa, ikry i chleba.

Wyniki negatywne lub nieudane z reguły nie są publikowane. Jednak dane te pomagają nam zrozumieć, w jakich warunkach białka nie ulegają konserwacji.

Potrzebne są bardziej czułe i nieinwazyjne metody ekstrakcji białek bez ich uszkadzania. Ponadto opracowywane są nowe protokoły działające na bardzo małych ilościach.

W większości przypadków około 90% istniejących danych pozostaje niezidentyfikowanych, ponieważ nie są poprawnie analizowane.

Istnieje duże ryzyko, że współczesne białka lub zanieczyszczenia laboratoryjne mogą przypadkowo zmieszać się ze starożytnymi szczątkami. Aby temu zapobiec, należy stosować procedury czyszczenia i kontrole negatywne.

FAŁSZYWE POZYTYWY I BŁĘDY W BAZIE DANYCH

Istnieje duże ryzyko, że powstałe peptydy będą dawać nieprawidłowe dopasowania taksonomiczne. Dlatego dokładność danych należy interpretować w powiązaniu z kontekstem biologicznym, a nie tylko z dopasowaniem do bazy danych.

W celu zapewnienia powtarzalności badań i postępu naukowego zaleca się, aby wszystkie surowe dane (listy peptydów, kontrole negatywne) były udostępniane otwarcie.

PODEJŚCIA WIELOMETODOWE (MULTIOMIKA)

Łączne zastosowanie analiz proteomicznych z innymi metodami, takimi jak analiza lipidowa, izotopowa czy archeobotanika, pozwala na uzyskanie bardziej wiarygodnych i kompleksowych wyników.

Podejście do starożytnych kultur żywieniowych oparte na białku daje wyjątkową okazję, aby zrozumieć nie tylko to, co jadły dawne społeczności, ale także jak jadły, jak przygotowywały posiłki, a także jaką rolę jedzenie odgrywało w ich życiu społecznym. Badania w tej dziedzinie, o ile będą wspierane kontrolą zanieczyszczeń, przejrzystością metodologiczną i współpracą interdyscyplinarną, pomogą nam lepiej zrozumieć nie tylko przeszłość, ale także współczesne dziedzictwo kulturowe.