https://frosthead.com

Kako so proteini pomagali znanstvenikom, da berejo med vrsticami registra kužnih smrti leta 1630

Kuga je bila stoletja hudoben napovedovalec smrti po vsej Evropi. Mesta in podeželske vasi je v nerednih presledkih prinašala opustošenje, med letoma 1629 in 1630 pa se je uvrstila na Milano v Italiji. Nepredstavljiva smrtna žrtev - 60.000 ljudi v 130.000 mestih - se je vtisnila v italijansko domišljijo, na koncu pa je bila predstavljena v romanu Alessandra Manzonija iz 19. stoletja The Betrothed .

Sorodne vsebine

  • Podgane kosti razkrivajo, kako so ljudje preoblikovali svoje otoško okolje

V dolgi sezoni kuge v Milanu so pisarji zapisali imena in starosti vsakega posameznika, ki je umrl v natančnih matičnih knjigah. Zdaj se izkaže, da so bili ti podrobni dokumenti več kot imena in datumi - bili so tudi polni nevidnih zgodb, ki so se skrivale med zapisi.

Skoraj 400 let pozneje so se znanstveniki vrnili, da bi odkrili nove podrobnosti o okoljskih razmerah okoli rokopisov, od tega, kaj so ti pismarji jedli, do živali, ki jih hranijo v bližini. Odkritja so bila zahvaljujoč tehnologiji, ki spreminja igre: polimerni diski, ki iz papirja izločajo stoletja stare beljakovine. Njihove ugotovitve, nedavno objavljene v Journal of Proteomics, podrobno opisujejo vse, od razširjenosti glodalcev do ogromne količine bakterij po rokopisih - in odpirajo novo pot preiskovanja za druga ključna zgodovinska besedila.

"Pred nekaj leti smo to raziskovanje začeli iz osnovne ideje, da papirji in rokopisi absorbirajo različne beljakovine pisatelja in okolja okoli papirja, " pravi fizik Gleb Zilberstein, eden od avtorjev študije. Nikoli pa ne bi ugibali, koliko bodo ti proteini razkrili.

Zilberstein meni, da je prvi namig, da je mogoče razkriti takšne podrobnosti, malo verjeten: rjavi, okrogli polimerni diski iz etil-vinil acetata, prvotno namenjeni hrambi rokopisov. Njegova ekipa jih je poskušala odstraniti škodljive kisline iz papirja na osnovi celuloze 75-letnih beležnic Mihaila Bulgakova, ruskega avtorja knjige The Master in Margarita .

Po odstranitvi diskov so odkrili, da so polimeri tudi polni beljakovin, ki bi lahko zagotovili bogate podatke o avtorjevih okoljskih razmerah. Pravzaprav so beljakovine lahko boljši vir takih podatkov kot DNK, pravi Zilberstein. "Večina ljudi, ki se ukvarjajo z biokemijsko karakterizacijo artefaktov, uporablja genome, " pravi Zilberstein. "Dobro je, toda DNK je manj stabilna kot peptidi v beljakovinah." Takšno analizo imenujemo proteomika in je bila v zadnjih nekaj letih izpopolnjena.

Z milanskimi rokopisi so se o postopku lotili bolj namensko, puščali so EVA diske na straneh 60 do 90 minut, da bi se beljakovine lahko lepile na disk, ne da bi pri tem povzročile razgradnjo papirja. Te peptidne verige - aminokisline, povezane kot Lego-bloki -, so nato analizirali v napravi za masno spektrometrijo in identificirali z uporabo podatkovnih baz beljakovin. Raziskovalci so z 11 strani registra smrti odkrili več kot 70.000 sekvenc peptidov, ki obsegajo 600 različnih beljakovinskih družin, in obvestilo na eni strani, ki se hrani v istem arhivu.

E36FDEF9-E4A1-441C-8514-C91CABBAC1AB.JPG Javno obvestilo o novih karantenskih politikah, ki so ga raziskovalci analizirali za novo študijo. Rjavi disk EVA, ki vleče kisline in beljakovine s strani, je v spodnjem desnem kotu. (Gleb Zilberstein)

Medtem ko so peptidi morda bolj stabilni kot DNK, pridejo s svojimi lastnimi nevšečnostmi: prav tako jih je veliko težje prepoznati. Raziskovalci trdijo, da je bil to dokument iz leta 1630. Kot piše biokemičarka Kathryn Stone v poročilu o tehnologiji proteomike iz leta 2013, je "Struktura beljakovin lahko veliko bolj raznolika kot struktura DNK", zaradi česar morajo raziskovalci sklepati o tem, od kod prihajajo peptidi.

"Beljakovine so na nek način res bolj stabilne kot DNK, vendar imajo na nivoju zaporedja manj diskriminatorne moči. Tudi če najdete sledove beljakovin, je njihovo razlikovanje od kontaminacije veliko težje kot DNK, " je dejal Hendrik Poinar, evolucijski biolog v McMaster Ancient DNA Center, ki ni bil vključen v raziskave, po e-pošti. Toda tudi ob teh opozorilih je Poinar dodal na analizo diskov EVA: "Pravim:" Super začetek, naprej! "

Raziskovalci so našli 312 peptidnih sekvenc, ki so se ujemale z znanimi bakterijami. Nato so to številko zmanjšali na 17, ki je spadala v družino Yersinia - bakterije, odgovorne za Y. pestis, ali bubonsko kugo. Toda beljakovine ne pripadajo izključno Y. pestis . Prav tako bi lahko pripadali drugim vrstam bakterij Yersinia, vključno z nekaterimi, ki niso smrtno nevarne za človeka.

Kot pravi Ann Carmichael, profesorica zgodovine na univerzi Indiana v Bloomingtonu, ki je svojo akademsko kariero raziskovala medicinsko zgodovino kuge, pravi: "Identifikacija beljakovin je le tako dobra kot baza podatkov, ki so jo sestavili." to ne pomeni, da je nova raziskava ne zanima. "To je vznemirljivo gradivo in mislim, da bo v laboratorijih veliko rafiniranja, " pravi Carmichael, ki prav tako ni bil vključen v novo študijo.

Carmichaelova prva reakcija na novo študijo je bila gnus, ko je spoznal, da so vsi ti delci v rokopisih, ki jih je obravnavala. "Vsi smo prelistali strani rokopisov in veliko časa sem preživel z milanskimi dokumenti, " pravi. Ena od njenih sodelavk je celo naletela na mišje iztrebke na straneh rokopisa, ki ga je pregledovala. Karmichael je poleg tega, da je poznavanje razmerja beljakovin pri podganah in človeških beljakovin skoraj ena proti enak, ugotovilo, da so odkritja fascinantna.

Zgodovinar univerze v Teksasu Stefano D'Amico se strinja, da nova tehnika lahko ponudi vpogled, da besedilo in njegova produkcija sama ne bi mogla. Konkretno je opozoril na ugotovitev, da so pisarji jedli predvsem koruzo, krompir, čičeriko, riž in korenje ter da so nekje v lazarettu ovce in koze, kjer so bivali bolni. (Avtorji domnevajo, da so bile te kmečke živali morda nameščene v karantenskem lazarettu za prehrano dojenčkov, katerih matere so umrle zaradi kuge.)

"Vse informacije o prehrani teh ljudi, kaj so takrat jedli, kakšne živali so bile na območju lazareta - okolje, v katerem so ti ljudje delovali - za zgodovinarje so vse pomembne, " je povedal D'Amico pravi.

407D0317-11DD-441D-AD87-E509566C9974.JPG Stran iz registrov smrti kuge, z desno ploščo spodaj desno. (Gleb Zilberstein)

Seveda pa lahko tudi v samih registrih veliko povemo o tem, kako je kuga v renesansi doletela italijansko družbo. Carmichael, ki je pregledal dokumente iz stoletij pred letom 1630, je bil osupljiv zaradi doslednosti skrbnikov, ki beležijo imena in smrti teh posameznikov. "Prikažejo se za delo, znova in znova delajo isto. To je mučno, nehvaležno delo. In edino, ko teh zapisov ne najdeš, je, ko kuga postane tako slaba, da se evidenca sesuje. Vendar to vseeno poskušajo. "

Natančna dokumentacija je bila nato napor, da se uvede red v kaotičnih razmerah. Ideja je bila, da bi uradnikom pomagali ugotoviti, kdaj se začnejo pojavljati novi izbruhi kuge, da bi lahko karantenirali mesto s trgovino z drugimi mesti, in začeli zaokrožiti prizadete posameznike, da bi jih prepeljali v taborišča ali lazaretto, ogromno strukturo zunaj mesta ki je gostila kar 9.000 ljudi v in okoli nje. Medtem ko so nekateri ljudje, prizadeti za kugo, odhajali tja po svoje, so bili večina prisilno odstranjeni iz mesta skupaj z družinami in drugimi stiki.

"Ko ste bili v notranjosti, ste bili v bistvu ujetnik, " pravi D'Amico. "Bil je en vhod in varovali so ga vojaki. Izpadli ste lahko le, če ste preživeli epidemijo. "

Neprestana grožnja s smrtjo je vplivala na civiliste. "To so stoletja, ko Evropa kolonizira globus in se dogajajo različne stvari - renesansa, reformacija, znanstvena revolucija - in kuga je prekinitev, " pravi Carmichael. "Daniel Defoe je rekel, da je kuga nevidna rudnica: stopiš nanjo in ti raznese in spremeni življenje."

Za Zilbersteina in kemike, ki so razvili to tehnologijo, je učenje več o tem, kakšno je bilo življenje med kugo, le začetek. Diski EVA bi lahko imeli poljubno število aplikacij za zgodovinarje in arhiviste, ki bi upali odkriti več informacij o svojih dokumentih. Na primer, Zilberstein pravi, da upajo, da bodo raziskali izvirne dokumente pisateljev, kot sta Anton Čehov in Friedrich Nietzsche, da bi videli, ali so med pisanjem svojih knjig uživali katera koli zdravila ali trpela zaradi kakršnih koli zdravstvenih stanj.

Obstaja nekaj opozoril. Različne države imajo različno podnebje, nekateri rokopisi pa so lahko kontaminirani s sodobnejšimi beljakovinami, odvisno od načina ravnanja. Toda Zilberstein meni, da je odstranjevanje peptidov še vedno plodna pot v raziskavah kulturne dediščine. Kot pravi, "skrite podatke lahko preberemo iz starih virov podatkov na papirju."

Kako so proteini pomagali znanstvenikom, da berejo med vrsticami registra kužnih smrti leta 1630