ズーMS
Scientific method

質量分析法による動物考古学（通称ZooMS ）は、タンパク質コラーゲンの特徴的なペプチド配列によって動物種を特定する科学的手法です。ZooMS は、ペプチドマスフィンガープリンティング（PMF）の最も一般的な考古学への応用であり、骨、歯、皮膚、枝角の種の特定に使用できます。形態学的に特定できない物体の特定によく使用されます。考古学の文脈では、これは通常、物体が細分化されすぎているか、人工物に成形されていることを意味します。考古学者は、これらの種の特定を使用して、過去の環境、食事、道具の製作のための原材料の選択などを研究します。

発達の歴史

ZooMSは2009年にヨーク大学の研究チームによって初めて発表されました[1]が、この用語は後に2010年の論文で造語されました[2]。ZooMSの当初の目的は、ヒツジとヤギを区別することでした。近縁種であるこの2種の骨は、特に断片化している場合は区別が困難ですが、これら2種の一般的な家畜の違いは、過去の畜産慣行を理解する上で非常に重要です。

ZooMSの最初の発表後の方法開発のほとんどは、考古学的材料からのコラーゲンの抽出に焦点を当ててきました。オリジナルのプロトコルでは、酸を使用して骨のミネラルマトリックスを溶解し、コラーゲンを遊離させました。2011年に、ミネラルマトリックスを溶解せずにコラーゲンを可溶化するために重炭酸アンモニウム緩衝液を使用する代替抽出方法が公開されました。[3]酸プロトコルとは対照的に、重炭酸アンモニウムプロトコルはサンプルのサイズと質量に影響を与えないため、オリジナルのプロトコルに比べて破壊性の低い方法です。実際、重炭酸アンモニウムプロトコルはZooMSの非破壊プロトコルとして提案されましたが、実際にはこのプロトコルでは依然として破壊的なサンプルが採取されています（[4]を参照）。サンプルを重炭酸アンモニウムに浸すとサンプルが化学的に変化するため、現在の方法では破壊的なサンプルが採取され続けています。

非破壊サンプリングプロトコル

重炭酸アンモニウムプロトコルは非破壊検査法とは考えるべきではないが、その後、より「真の」非破壊検査法が続いた。その最初のものが消しゴムプロトコルであり、最初は羊皮紙で試験されたが[5]、後に骨にも適用された[6] 。消しゴムプロトコルは、羊皮紙または骨にPVC消しゴムをこすりつけることで行われる。摩擦によって摩擦電気力が生じ、サンプルの小さな粒子が消しゴムのカスに付着する。消しゴムのカスからコラーゲンを抽出し、分析することができる。消しゴムプロトコルは羊皮紙では比較的有効であることが判明したが、骨ではそれほど効果的ではない。さらに、骨の表面に微視的な痕跡が残り、これは使用摩耗痕跡と非常によく似ているため、使用摩耗分析において問題となる可能性がある[6]。

2つ目の非破壊プロトコルは、2019年に初めて公開されたビニール袋プロトコルです。[7]これは、考古学的遺物の保管に一般的に使用されるビニール袋と物体との間の通常の摩擦が、ZooMS分析に十分な量の物質を抽出するのに十分である可能性があるという考えに基づいています。

3つ目のプロトコルは、同じ摩擦電気原理を利用します。ただし、消しゴムの代わりに、このマイクログリッドプロトコルでは、微細な研磨フィルムを用いてサンプルから微量の物質を除去します。[8]

ZooMS向けに公開された最後の非破壊プロトコルは、メンブレンボックスプロトコルです。[9]メンブレンボックスプロトコルは、接触帯電、すなわち2つの物体間の局所的な電荷のわずかな差によって発生する静電力に基づいています。この静電力は、2つの表面間で物質を移動させるのに十分な大きさになることがあります。[10]

これらのプロトコルのほとんどは最近発表されたばかりで、それぞれの長所と短所はまだ相互に検証されていません。そのため、これらの方法がどれほど信頼できるのか、また、それらを機能させるためにどの程度のサンプル保存が必要なのかはまだ明らかではありません。

ZooMSプロトコルは、文化遺産オブジェクトを扱う際に、オブジェクトへのダメージを最小限に抑えながら生物学的データ（つまり位置情報）の導出をサポートするため、有用である。[11]

参照バイオマーカー

非破壊サンプリングに加え、手法開発の第二の分野は参照バイオマーカーの拡張です。ZooMSを用いて種を同定するために、一連の診断バイオマーカーが用いられます。これらのバイオマーカーは、種のコラーゲンタンパク質の特定の断片に対応しています。ZooMSの最初の発表時点では既知のバイオマーカーは比較的限られていましたが、最近の発表によりこのリストは拡大しています。ヨーク大学は定期的に更新される公開バイオマーカーリストを管理しており、こちらからご覧いただけます。

方法の原理

この図は、I型コラーゲンのペプチド質量フィンガープリンティング法であるZooMS（質量分析による動物考古学）の手法を示しています。
図1 典型的なZooMSワークフローの概略図[12]

ZooMSは、コラーゲンタンパク質のアミノ酸組成の違いに基づいて種を識別します。種のコラーゲンタンパク質のアミノ酸配列はDNAによって決定され、DNAと同様に、アミノ酸配列は種の進化の歴史を反映します。2つの種間の進化的距離が大きいほど、コラーゲンタンパク質の差異は大きくなります。ZooMSは通常、サンプルを属レベルまで識別できますが、場合によっては、より具体的な識別やより具体的な識別を行うこともあります。サンプルの考古学的背景を十分に理解することで、種の識別精度をさらに向上させることができます。

プロトコルの例

ZooMSプロトコル（図1）は、通常、抽出、変性、消化、ろ過のステップと、それに続く質量分析から構成されます。様々な破壊的および非破壊的な抽出プロトコルについては、既に上記で詳細に説明しました。鍵となるのは、サンプル中に保存されているタンパク質を抽出し、通常は重炭酸アンモニウム緩衝液などの溶液に溶解することです。変性はタンパク質をほどき、酵素消化に利用しやすくするために行われます。これは、可溶化したサンプルを約65℃で加熱することで行われます。[3]次に、酵素であるトリプシンを溶液に加えます。トリプシンは、タンパク質を配列中のアルギニンまたはリジンアミノ酸ごとに切断し、予測可能な質量を持つペプチド断片を生成します。消化後、サンプルはC18フィルターでろ過され、非タンパク質性物質が除去されます。これでサンプルは質量分析の準備が整います。ZooMSでは、これは通常MALDI-TOF MSを指します。

参考文献

  1. ^ Buckley, Michael; Collins, Matthew ; Thomas-Oates, Jane ; Wilson, Julie C. (2009-12-15). 「マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法を用いた骨コラーゲン分析による種同定：MALDI-TOF-MSを用いた骨コラーゲンの種同定」 . 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 & MJ Collins . 2010. 単一コラーゲンペプチドを用いた考古学的羊骨とヤギ骨の識別. Journal of Archaeological Science 37: 13-20.
  3. ^ ab van Doorn, Nienke Laura; Hollund, Hege; Collins, Matthew J. (2011-09-01). 「ZooMS分析のための斬新かつ非破壊的なアプローチ：重炭酸アンモニウム緩衝液抽出」. Archaeological and Anthropological Sciences . 3 (3): 281– 289. doi :10.1007/s12520-011-0067-y. ISSN  1866-9565. S2CID  85056079.
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  5. ^ サラ・フィディメント；ブルース・ホルシンガー；キアラ・ルジエ；アレクサンダー・ディヴァイン；アネリーゼ・ビノワ；ウンベルト・アルバレラ；ローマン・フィッシャー；エマ・ニコルズ；アントワネット・カーティス；エドワード・チーズ；マシュー・D・ティーズデール；キャロライン・チェックリー＝スコット；スティーブン・J・ミルナー；キャサリン・M・ルディ；エリック・J・ジョンソン (2015年12月8日). 「非侵襲性ペプチドフィンガープリンティングによる13世紀子宮皮膜の動物起源の解明」米国科学アカデミー紀要. 112 (49): 15066– 15071. doi : 10.1073/pnas.1512264112 . ISSN  0027-8424. PMC 4679014 . PMID  26598667 . 
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  7. ^ クリスタ・マクグラス、ケリ・ロウセル、クリスチャン・ゲイツ、アンドリュー・テダー、ジョージ・フーディー、キャロライン・ロバーツ、カミラ・スペラー、マシュー・コリンズ (2019-07-30). 「非破壊ZooMSによる考古学的骨の同定と象徴的表現の物質性：イロコイ族の骨尖頭器の事例」. Scientific Reports . 9 (1): 11027. doi :10.1038/s41598-019-47299-x. ISSN  2045-2322. PMC 6667708. PMID 31363122  . 
  8. ^ カービー, ダニエル・P.; マニック, アネット; ニューマン, リチャード (2020年10月1日). 「ペプチドマスフィンガープリンティングによるタンパク質同定のための表面コーティングの最小侵襲サンプリング：写真を用いた事例研究」.アメリカ保存協会誌. 59 ( 3–4 ): 235– 245. doi :10.1080/01971360.2019.1656446. ISSN  0197-1360. S2CID  210522155.
  9. ^ マルティシウス、ナオミ L.;ウェルカー、フリド。ドガンジッチ、タマラ。グロート、マーク N.レンドゥ、ウィリアム。シネ・マティオ、ヴァージニー。ヴィルケ、アルント。マクフェロン、シャノン JP;ソレッシ、マリー。スティール、テレサ E. (2020-05-08)。 「ZooMS の非破壊識別により、ネアンデルタール人による戦略的な骨器具の原材料の選択が明らかになりました。」科学的報告書。10 (1): 7746.土井:10.1038/s41598-020-64358-w。ISSN  2045-2322。PMC 7210944。PMID  32385291。 
  10. ^ ガレンベック、フェルナンド;アラバマ州チアゴ、ブルゴ。バレストリン、リアBS;ゴウヴェイア、ルビア F.シルバ、クリスティアン・A.ガレンベック、アンドレ (2014-11-24)。「摩擦、摩擦化学、摩擦電気: 最近の進歩と展望」RSC の進歩。4 (109): 64280–64298。土井:10.1039/C4RA09604E。ISSN  2046-2069。
  11. ^ Aranui, Amber; Tromp, Monica (2025年8月22日). 「タオンガの物語を紐解く ― 科学を用いてタオンガとその歴史を再び繋ぐ」Te Papa Blog . 2025年9月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2025年9月8日閲覧。
  12. ^ Brown, Samantha; Douka, Katerina; Collins, Matthew J; Richter, Kristine Korzow (2021-03-20). 「ZooMS命名法の標準化について」 . Journal of Proteomics . 235 104041. doi :10.1016/j.jprot.2020.104041. ISSN  1874-3919. PMID  33160104. S2CID  226279979.
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