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ZooMS

La zooarqueología por espectrometría de masas , comúnmente conocida como ZooMS , es un método científico que identifica especies animales mediante secuencias peptídicas caracter...

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La zooarqueología por espectrometría de masas , comúnmente conocida como ZooMS , es un método científico que identifica especies animales mediante secuencias peptídicas características en la proteína colágeno . ZooMS es la aplicación arqueológica más común de la huella peptídica de masas (PMF) y se puede utilizar para la identificación de especies en huesos, dientes, piel y astas. Se usa comúnmente para identificar objetos que no pueden identificarse morfológicamente. En un contexto arqueológico, esto generalmente significa que el objeto está demasiado fragmentado o que ha sido moldeado para convertirlo en un artefacto. Los arqueólogos utilizan esta identificación de especies para estudiar, entre otras cosas, los entornos pasados, la dieta y la selección de materias primas para la producción de herramientas.

Historia del desarrollo

ZooMS fue publicado por primera vez en 2009 [ 1 ] por un equipo de investigadores de la Universidad de York, pero el término fue acuñado posteriormente en una publicación de 2010. [ 2 ] El objetivo original de ZooMS era distinguir entre ovejas y cabras. Los huesos de estas dos especies estrechamente relacionadas son difíciles de distinguir, especialmente cuando están fragmentados, pero la diferencia entre estos dos animales domésticos comunes es muy importante para nuestra comprensión de las prácticas de cría del pasado.

La mayor parte del desarrollo del método tras la publicación inicial de ZooMS se ha centrado en la extracción de colágeno del material arqueológico. En el protocolo original se utilizaba ácido para disolver la matriz mineral del hueso y liberar el colágeno. En 2011 se publicó un método de extracción alternativo que utilizaba un tampón de bicarbonato de amonio para solubilizar el colágeno sin disolver la matriz mineral. [ 3 ] A diferencia del protocolo ácido, el protocolo de bicarbonato de amonio no afecta al tamaño ni a la masa de la muestra, lo que lo convierte en un método mucho menos destructivo comparado con el protocolo original. De hecho, el protocolo de bicarbonato de amonio se propuso como un protocolo no destructivo para ZooMS, pero en la práctica todavía se toman muestras destructivas para este protocolo (véase [ 4 ] ). Sumergir una muestra en bicarbonato de amonio sí altera químicamente la muestra, razón por la cual las prácticas actuales siguen tomando una muestra destructiva.

Protocolos de muestreo no destructivos

Aunque el protocolo del bicarbonato de amonio no debe considerarse un método no destructivo, le siguieron métodos más «verdaderamente» no destructivos. El primero de ellos fue el protocolo de la goma de borrar, probado inicialmente en pergamino, [ 5 ] pero posteriormente aplicado también al hueso. [ 6 ] El protocolo de la goma de borrar consiste en frotar una goma de borrar de PVC sobre un trozo de pergamino o hueso. La fricción genera fuerzas triboeléctricas que hacen que pequeñas partículas de la muestra se adhieran a los residuos de la goma de borrar. A partir de estos residuos, se puede extraer y analizar el colágeno. Se comprobó que el protocolo de la goma de borrar funcionaba relativamente bien en pergamino, pero es menos eficaz en hueso. Además, deja huellas microscópicas en la superficie del hueso, muy similares a las huellas de desgaste por uso, lo que podría suponer un problema para el análisis de desgaste por uso . [ 6 ]

Un segundo protocolo no destructivo es el protocolo de la bolsa de plástico, publicado por primera vez en 2019. [ 7 ] Se basa en la idea de que la fricción normal entre un objeto y las bolsas de plástico, comúnmente utilizadas para almacenar objetos arqueológicos, podría ser suficiente para extraer suficiente material para el análisis ZooMS.

Un tercer protocolo utiliza el mismo principio triboeléctrico. Sin embargo, en lugar de usar una goma de borrar, este protocolo de microrejilla emplea una fina película de pulido para eliminar cantidades muy pequeñas de material de una muestra. [ 8 ]

El último protocolo no destructivo publicado para ZooMS es el protocolo de caja de membrana. [ 9 ] Este protocolo se basa en la electrificación por contacto, que consiste en la generación de fuerzas electrostáticas debido a pequeñas diferencias localizadas de carga entre dos objetos. Estas fuerzas electrostáticas pueden ser lo suficientemente grandes como para producir transferencia de material entre dos superficies. [ 10 ]

La mayoría de estos protocolos se han publicado recientemente y sus respectivas ventajas y desventajas aún no se han comparado entre sí. Por lo tanto, todavía no está claro cuán fiables son estos métodos ni qué nivel de conservación de las muestras se requiere para que funcionen.

Los protocolos ZooMS pueden ser valiosos al trabajar con objetos del patrimonio cultural, ya que permiten la obtención de datos biológicos (y, por lo tanto, de ubicación) con un daño mínimo al objeto. [ 11 ]

biomarcadores de referencia

Además del muestreo no destructivo, otra área de desarrollo metodológico ha sido la ampliación de los biomarcadores de referencia. Para identificar una especie mediante ZooMS, se utiliza un conjunto de biomarcadores diagnósticos. Estos biomarcadores corresponden a fragmentos específicos de la proteína de colágeno de la especie. El conjunto de biomarcadores conocidos en el momento de la publicación original de ZooMS era relativamente limitado, pero publicaciones recientes han ampliado esta lista. La Universidad de York mantiene una lista actualizada periódicamente de biomarcadores publicados, que puede consultarse aquí .

Principio del método

Esta figura describe el método ZooMS (Zooarqueología por Espectrometría de Masas), que es un método de huella peptídica de masas del colágeno tipo I.
Fig. 1 Esquema general de un flujo de trabajo típico de ZooMS [ 12 ]

ZooMS identifica especies basándose en las diferencias en la composición de aminoácidos de la proteína de colágeno. La secuencia de aminoácidos de la proteína de colágeno de una especie está determinada por su ADN y, por lo tanto, al igual que el ADN, la secuencia de aminoácidos refleja la historia evolutiva de la especie. Cuanto mayor sea la distancia evolutiva entre dos especies, más diferentes serán sus proteínas de colágeno. ZooMS generalmente puede identificar una muestra hasta el nivel de género, aunque en algunos casos la identificación puede ser más o menos específica. Un buen conocimiento del contexto arqueológico de la muestra puede utilizarse para refinar aún más la resolución de la identificación de especies.

Ejemplo de protocolo

Un protocolo ZooMS (Fig. 1) generalmente consta de una etapa de extracción, desnaturalización, digestión y filtración, seguida de un análisis por espectrometría de masas. Varios protocolos de extracción destructivos y no destructivos ya se han analizado con cierto detalle anteriormente. La clave es extraer la proteína conservada en la muestra y luego ponerla en solución, generalmente en un tampón de bicarbonato de amonio. La desnaturalización se realiza para desplegar las proteínas y hacerlas más accesibles para la digestión enzimática. Se realiza calentando la muestra solubilizada a unos 65  °C. [ 3 ] Luego se agrega una enzima, tripsina, a la solución. La tripsina corta la proteína después de cada aminoácido arginina o lisina en su secuencia, lo que da como resultado fragmentos peptídicos de masas predecibles. Después de la digestión, la muestra se filtra con filtros C18 para eliminar el material no proteínico y la muestra está ahora lista para el análisis por espectrometría de masas, que para ZooMS generalmente significa MALDI-TOF MS.

Referencias

  1. ↑ Buckley, Michael; Collins, Matthew ; Thomas-Oates, Jane ; Wilson, Julie C. (2009-12-15). "Identificación de especies mediante análisis de colágeno óseo utilizando espectrometría de masas de tiempo de vuelo con desorción/ionización láser asistida por matriz: identificación de especies de colágeno óseo utilizando MALDI-TOF-MS" . Rapid Communications in Mass Spectrometry . 23 (23): 3843– 3854. doi : 10.1002/rcm.4316 . PMID 19899187 . 
  2. ↑ Buckley, M., SW Kansa, S. Howard, S. Campbell, J. Thomas-Oates y MJ Collins . 2010. Distinción entre huesos arqueológicos de oveja y cabra mediante un único péptido de colágeno. Journal of Archaeological Science 37: 13-20.
  3. 1 2 van Doorn, Nienke Laura; Hollund, Hege; Collins, Matthew J. (2011-09-01). "Un enfoque novedoso y no destructivo para el análisis ZooMS: extracción con tampón de bicarbonato de amonio". Ciencias Arqueológicas y Antropológicas . 3 (3): 281– 289. doi : 10.1007/s12520-011-0067-y . ISSN 1866-9565 . S2CID 85056079 .  
  4. ↑ Naihui, Wang; Samantha, Brown; Peter, Ditchfield; Sandra, Hebestreit; Maxim, Kozilikin; Sindy, Luu; Oshan, Wedage; Stefano, Grimaldi; Michael, Chazan; Liora, Horwitz Kolska; Matthew, Spriggs; Glenn, Summerhayes; Michael, Shunkov; Kristine, Richter Korzow; Katerina, Douka (2021-02-20). "Prueba de la eficacia y comparabilidad de los protocolos ZooMS en hueso arqueológico" . Journal of Proteomics . 233 104078. doi : 10.1016/j.jprot.2020.104078 . ISSN 1874-3919 . PMID 33338688. S2CID 229325462 .   
  5. ↑ Fiddyment, Sarah; Holsinger, Bruce; Ruzzier, Chiara; Devine, Alexander; Binois, Annelise; Albarella, Umberto; Fischer, Roman; Nichols, Emma; Curtis, Antoinette; Cheese, Edward; Teasdale, Matthew D.; Checkley-Scott, Caroline; Milner, Stephen J.; Rudy, Kathryn M.; Johnson, Eric J. (2015-12-08). "Origen animal del pergamino uterino del siglo XIII revelado mediante huella peptídica no invasiva" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (49): 15066– 15071. doi : 10.1073/pnas.1512264112 . ISSN 0027-8424 . PMC 4679014 . PMID 26598667 .   
  6. ^ Sinet -Mathiot, Virginia; Martisio, Naomi L.; Schulz-Kornas, Ellen; van Casteren, Adam; Tsanova, Tsenka R.; Sirakov, Nikolay; Spasov, Rosen; Welker, Frido; Smith, Geoff M.; Hublin, Jean-Jacques (8 de diciembre de 2021). "El efecto del muestreo de borrador para análisis proteómico en la microtopografía de la superficie ósea del Paleolítico" . Informes científicos . 11 (1): 23611. doi : 10.1038/s41598-021-02823-w . ISSN 2045-2322 . PMC 8655045 . PMID 34880290 .   
  7. ↑ McGrath, Krista; Rowsell, Keri; Gates St-Pierre, Christian; Tedder, Andrew; Foody, George; Roberts, Carolynne; Speller, Camilla; Collins, Matthew (30 de julio de 2019). "Identificación de huesos arqueológicos mediante ZooMS no destructivo y la materialidad de la expresión simbólica: ejemplos de puntas de hueso iroquesas" . Scientific Reports . 9 (1): 11027. doi : 10.1038/s41598-019-47299-x . ISSN 2045-2322 . PMC 6667708. PMID 31363122 .   
  8. ↑ Kirby, Daniel P.; Manick, Annette; Newman, Richard (1 de octubre de 2020). "Muestreo mínimamente invasivo de recubrimientos superficiales para la identificación de proteínas mediante huella peptídica masiva: un estudio de caso con fotografías". Journal of the American Institute for Conservation . 59 ( 3–4 ): 235–245 . doi : 10.1080/01971360.2019.1656446 . ISSN 0197-1360 . S2CID 210522155 .  
  9. ^ Martisio, Naomi L.; Welker, Frido; Dogandžić, Tamara; Grote, Mark N.; Rendu, William; Sinet-Mathiot, Virginie; Wilcke, Arndt; McPherron, Shannon JP; Soressi, María; Steele, Teresa E. (8 de mayo de 2020). "La identificación no destructiva de ZooMS revela la selección estratégica de materia prima de herramientas óseas por parte de los neandertales" . Informes científicos . 10 (1): 7746. doi : 10.1038/s41598-020-64358-w . ISSN 2045-2322 . PMC 7210944 . PMID 32385291 .   
  10. ^ Galembeck, Fernando; Burgo, Thiago AL; Balestrin, Lia BS; Gouveia, Rubia F.; Silva, Cristiane A.; Galembeck, André (24 de noviembre de 2014). "Fricción, triboquímica y triboelectricidad: avances recientes y perspectivas" . Avances de RSC . 4 (109): 64280–64298.doi : 10.1039 / C4RA09604E . ISSN 2046-2069 . 
  11. ↑ Aranui, Amber; Tromp, Monica (22 de agosto de 2025). "Descubriendo historias de taonga: usando la ciencia para reconectar taonga con sus historias" . Blog de Te Papa . Archivado del original el 8 de septiembre de 2025. Recuperado el 8 de septiembre de 2025 .
  12. ↑ Brown, Samantha; Douka, Katerina; Collins, Matthew J; Richter, Kristine Korzow (2021-03-20). "Sobre la estandarización de la nomenclatura ZooMS" . Journal of Proteomics . 235 104041. doi : 10.1016/j.jprot.2020.104041 . ISSN 1874-3919 . PMID 33160104. S2CID 226279979 .