Полный компакт: ученые разработали минибоксы для изучения древней ДНК
Ученые создали компактный набор оборудования и разработали инновационную методику для изучения древней ДНК. Она позволяет проводить исследования с меньшими временными и денежными затратами, сохраняя при этом высокую чистоту археологических образцов. Комплект представляет собой систему миниатюрных боксов с защитным контуром, контролируемой атмосферой, а также приспособлениями для очистки и дезинфекции. Это бюджетная альтернатива специализированным лабораториям с «чистыми зонами». Разработка внедрена в исследовательский процесс и уже опробована для изучения древнего генетического материала.
Компактные изоляторы
Специалисты из Московского физико-технического института разработали инновационную методику для анализа древней ДНК. Она позволяет проводить исследования с помощью относительно несложного и недорогого оборудования, соблюдая при этом высокую степень чистоты археологических образцов. По словам специалистов, новый способ позволит удешевить палеогенетические изыскания и нарастить их количество.
Предложенная технология предполагает отказ от традиционных способов, которые применяют при взаимодействии с древним генетическим материалом для предотвращения его загрязнения чужеродными элементами. Обычно в качестве таковых мер используют «чистые» лаборатории, отделенные от других зон и оборудованные системами многоуровневой фильтрации воздуха. Кроме того, работы проводятся раздельно — в разных комнатах или в специальных вытяжных шкафах. Для инактивации «паразитных» ДНК специалисты применяют обработку помещений жестким УФ-излучением.
Авторы разработки применили подход, при котором все работы с образцами производятся в системе компактных изоляторов. Это миниатюрные герметичные контейнеры с контролируемой атмосферой, оснащенные встроенными внутрь перчатками, которые позволяют пользователям работать внутри бокса, не нарушая защитный контур.
— Оснащение лабораторных помещений в виде «чистых зон» требует существенных капиталовложений и постоянных затрат на поддержание их работоспособности. Вместе с тем, когда археологический образец маленький, с ним удобно работать в комплексе совмещенных друг с другом перчаточных боксов, — рассказал один из авторов предложенной методики, руководитель лаборатории исторической генетики, радиоуглеродного анализа и прикладной физики МФТИ Харис Мустафин.
По его словам, благодаря небольшим размерам рабочей зоны в такой системе проще добиться безопасных условий для изучения древней ДНК. Вместе с тем важную роль в этом процессе играет замещение в изолированных контейнерах воздуха азотом особой чистоты. Также УФ-источники, установленные внутри боксов, за счет их компактности обеспечивают высокую экспозицию облучения и, как следствие, эффективную инактивацию посторонней органики. В итоге специалисты достигают абсолютной защиты древней ДНК при незначительных материальных затратах. Как подчеркнул Харис Мустафин, развитие методики поможет поставить палеогенетические исследования на поток.
Исследование древнего материала
Ученые применили технологию для комплексного изучения останков представителя поломской археологической культуры. Она относится к раннему Средневековью (период с V по IX век) и локализуется на территории современной Удмуртии. Исследования проводились совместно со специалистами из Института этнологии и антропологии РАН им. Н.Н. Миклухо-Маклая, Российского государственного гуманитарного университета и Историко-культурного заповедника «Иднакар» им. М.Г. Ивановой.
В частности, была проведена серия исследований, в результате которых специалисты с высокой надежностью установили Y-хромосомную и митохондриальную гаплогруппы исследуемого индивида (то есть наследственные связи на основе унаследованных генетических мутаций по отцовской и материнской линиям соответственно).
— Каждый бокс предназначен для определенного этапа работы с древними образцами. Первый — для их механической очистки, второй — для ультразвуковой «обдирки», третий — для измельчения образцов до состояния костной муки, четвертый — для выделения ДНК, пятый — для «мокрых работ». Внутри каждого бокса размещено необходимое оборудование и УФ-лампы. В одном контейнеры специалисты проводят работы только с одним археологическим образцом, после чего бокс и его содержимое тщательно обрабатывают, промывают, облучают ультрафиолетом и вновь заполняют чистым азотом, — описал методику Харис Мустафин.
Помимо палеогенетического анализа, ученые методами антропологии провели всеобъемлющее изучение останков древнего человека, полностью восстановив возраст, пол, внешность и его заболевания. Радиоуглеродный анализ помог определить годы его жизни. Всё вместе позволило специалистам составить многогранный портрет средневекового человека, который для современных антропологов и этнографов стал эталонным образом представителя поломской культуры.
— В дальнейшем предложенная технология даст возможность с меньшими затратами производить детальное изучение останков древних людей, включая высокоточный анализ генетического материала. В перспективе это поможет заполнить пробелы в знаниях о древних культурах и выстроить комплексную систему представлений о них. Они будут включать знания о происхождении народов, путях их миграции, контактах с другими сообществами, — отметила руководитель Лаборатории антропологической реконструкции ИЭА РАН Елизавета Веселовская.
Она добавила, что, помимо решения исторических задач, разработанные методы могут быть востребованы и в других сферах. Например, комплексный анализ человеческих останков позволяет восстановить облик и идентифицировать неизвестных участников Великой Отечественной войны и других конфликтов.
— В последние годы анализ ДНК применяют в медицинских целях. С его помощью, в частности, выявляют причины различных заболеваний и вырабатывают стратегии лечения. Также генетические данные нужны при изучении основ продолжительной здоровой жизни. Поэтому исследования древней ДНК важны не только с точки зрения получения новых знаний об истории людей и народов в прошлом, но и для сохранения здоровья современного человека, — сказала ведущий научный сотрудник лаборатории анализа генома Института общей генетики им. Н.И. Вавилова Светлана Боринская.
Она считает, что дальнейшая разработка методики позволит применять минибоксы в условиях полевых экспедиций, что упростит проведение палеогенетических работ. Однако для этого потребуется обеспечить качественную обработку, промывку и дезинфекцию оборудования, что пока затруднительно осуществить за пределами специально подготовленных для этих целей лабораторий, резюмировала эксперт.
