蛋白质组学在皮质文物物种鉴别中的应用

由笑颖, 杨海亮, 刘轩赫, 郑海玲, 周 旸,

(1.浙江理工大学 纺织科学与工程学院(国际丝绸学院),杭州 310018; 2.中国丝绸博物馆,杭州 310002)

皮革是皮质文物的主要部分。皮革是经脱毛和鞣制等物理、化学加工工序所得到的不易腐烂的动物皮[1]。人类早在远古时期就开始对皮革进行开发利用,皮革制品广泛应用于人类生活、生产中。皮革的使用在中国有着悠久的历史,主要应用于生产生活、军事文化和宗教祭祀等方面[2]。中国各地考古发掘工作出土的皮质文物种类繁多,诸如帐篷、皮服、皮鞋、皮手套、皮囊、皮甲胄、皮盾牌等,极具地方特色[3]。早在春秋时期,齐国一部官书——《考工记》就记述了齐国关于手工业各个工种的设计规范和制造工艺[4]。早年湖北随县擂鼓墩一号墓出土的大量战国初年的皮甲胄,是研究当时最新科技成果及最高工艺水平的典型代表[5]。而国外皮质文物主要包括羊皮纸、羊皮书和羊皮卷等,羊皮纸曾一度成为希腊和拉丁国家及整个近东和中东地区的首选书写材料,直到公元13世纪,羊皮纸仍然是欧洲拜占庭和斯拉夫地区的优秀写作材料[6-7]。这些珍贵的皮质文物是人类在认识和改造自然过程中留下的宝贵财富,记载着人类历史的发展,见证了社会文明的进步,它们对于研究古代皮革制作工艺、历史自然环境、文化发展水平有着重要意义。

由于皮革是一种天然高分子材料,出土文物往往会受到埋藏环境的影响,胶原蛋白分解形成不同程度的糟朽降解,使得一些常规检测分析方法如表面分析、光谱分析、波谱分析、色谱分析、热分析等难以进行物种鉴别,或者检测鉴定结果不够准确[8]。如文物皮革由于内部水分和脂质大量流失,胶原纤维严重变形,颗粒层毛孔消失,难以使用表面显微镜观察进行鉴别;红外光谱表征缺乏特异性,难以可靠鉴定同类型材质[9],且对于皮质文物来说,只能表征皮革一级构象,材质如果老化严重,红外吸收的强度会大幅减弱,导致影响检测结果。也有其他技术方法应用于蛋白类文物的物种鉴别,如使用DNA分析方法鉴别纺织品中的动物毛纤维物种来源[10],但由于皮质文物经历降解老化后DNA极度脆弱,可提取的内源性DNA降低到检测水平以下,导致此法难以实行。相比较而言,皮质文物中的胶原蛋白降解比DNA缓慢得多,胶原蛋白的主要结构保存得更为稳定,而蛋白质组学分析作为一种新兴检测方法,具有灵敏度高,特异性强的特点,能更加精准有效地对皮质文物进行检测鉴别[11-12]。本文从蛋白质组学理论基础出发,对古代皮质文物的物种鉴别方面的方法做总结,以期为同行提供参考。

1 皮质文物的结构组成

皮质文物的主要部分是皮革,皮革是由生皮经过不同的鞣制方法加工而成[13]。生皮由毛层和皮层组成,皮层包括表皮层、真皮层和皮下组织。在制革过程中,由于表皮层和皮下组织会阻碍处理剂向真皮层渗透,通常在加工前将表皮层和皮下组织去除。因此,真皮层是皮革的主体。

真皮层的主要结构是胶原纤维,胶原纤维的成分是胶原蛋白,动物皮中的胶原蛋白以Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白为主,组成这些胶原蛋白的元素有C、H、O、N、S。微观上,构成胶原蛋白的多肽链以“Gly-X-Y”结构形式的重复排列为特征,其中甘氨酸含量最高,几乎占了整个胶原蛋白氨基酸含量的1/3,且通常X为脯氨酸(Pro),Y为羟脯氨酸(Hyp),这两种氨基酸是胶原蛋白的特征氨基酸[14-15]。如图1所示,胶原蛋白由2条α1链和1条α2链组成三股螺旋结构[16],肽链之间形成氢键,氢键是维持胶原分子三股螺旋结构的主要作用力[17],这样的结构使得胶原蛋白具有很强的拉伸性能[18]。而后单根胶原纤维侧向聚集形成纤维束,纤维束纵横交织,形成立体网状结构,使皮革具有优良的强度和延展性。

图1 胶原纤维结构Fig.1 Structure of collagen fibers

但是,古代皮质文物存放至今,包括经由鞣制处理的皮革和未经鞣制的羊皮纸等,由于受到不稳定的储存环境的影响,皮质早已发生劣化,如图2所示。皮革中的水分和脂质流失,胶原蛋白发生氧化和水解,分子链间的氢键受到破坏,分子的空间结构遭到破坏,胶原蛋白三股螺旋结构的稳定性发生不可逆转变,胶原纤维的网状结构难以维持,表现在外观上则是表面颜色发黑,手感变硬,皮革也变得易脆易裂易损坏。正是这些微观、宏观上的变化,导致使用传统方法对古代皮质文物进行物种鉴别变得十分困难,而事实上,在21世纪初蛋白质组学就首次应用于考古动物纤维,自从将蛋白质组学引入考古和文化遗产研究以来,蛋白质组学分析对越来越多的古代基质和材料进行了更好的表征[19],特别是在鉴定其起源物种方面。

图2 劣化的皮质文物Fig.2 Deteriorated cortical cultural relics

2 皮质文物蛋白质组学技术

正如DNA一样,蛋白质具有庞大的信息库,携带着生命活动的重要信息。1995年Wasinger等首次提出“蛋白质组”的概念,蛋白质组是指由一个基因组,或一个细胞、组织表达的所有蛋白质。蛋白质组学是一门研究蛋白质的科学,包括蛋白质的识别、量化和蛋白质的修饰研究[20],蛋白质组学的研究内容主要包括两个方面,即蛋白质的表达模式和蛋白质的功能模式[21]。蛋白质表达模式研究是蛋白质组学研究的基础内容,包括蛋白质氨基酸序列分析、空间结构的解析及特定条件下某一材料细胞或组织中所有蛋白质的表征问题。近年来,针对古代蛋白质检测提出了“古蛋白质组学(Pale-proteomics)”的概念[22],与其他蛋白质组学研究领域相比,古蛋白质组学面临着样品珍贵量少、样品劣化分解等挑战。同时蛋白质组学具有特异性强、灵敏度高的特点,在古代皮质文物物种来源鉴别上十分有优势。蛋白质组学主要的检测过程分为三部分:蛋白质组的提取和分离、生物质谱检测及蛋白数据库对比与分析。

2.1 皮质文物蛋白质组的微量提取方法

蛋白质本身具有高度的生物特征性,不同生物、组织所具有的蛋白质组具有明显差异,皮质文物中的胶原蛋白即便是经过数千年的埋藏、糟朽,其降解后的肽链片段、小分子仍具有特异性,是作为生物物种检测鉴定的重要依据。从试验待测样品中提取蛋白质是进行蛋白质组分析的先决条件,胶原蛋白提取的效率与纯度会对后续的检测鉴定产生重大影响。因此,使用蛋白质组学对皮质文物进行物种鉴定,首先的步骤就是从皮质文物中进行胶原蛋白的提取。目前常见的胶原蛋白提取方法包括酸提取法[23]、碱提取法[24]、盐提取法[25]、酶提取法[26]和复合提取法[27],都是针对现代皮革废料再利用及明胶工业生产,并不适合珍贵稀少的古代样品。从皮质文物中提取胶原蛋白需要开发一种小样本量的分析方法,目前,一些国外的研究已经研发了微损甚至无损地从古代文物中获取蛋白质的方式,表1对主要方法进行了总结归纳。

表1 微损/无损的胶原蛋白提取方法Tab.1 Micro/non-destructive collagen extraction methods

2.1.1 微损研磨法

微损研磨法相对而言操作比较简便,是对皮革文物损伤较小的胶原蛋白提取方法,Kumazawa等[28]将传统碱提取法与研磨法对比,使用锉刀从鳄鱼皮表带边缘削锉100 μg粉末使用0.5 μg胰蛋白酶水解,提取的蛋白质成功进行了表征,这说明样品的微量提取对试验结果的准确性并没有产生影响。其实早前Caroline等[29]就研发了一种较为成熟的专用于微量提取样品中蛋白质的商业试剂盒,使用一次性合成树脂充分研磨样品的1%三氟乙酸酸化水溶液,再辅助使用超声装置来提取蛋白质,这种合成树脂十分精细,可将样品损失降到最低。这种通过研磨从皮质文物中获得蛋白质的方法,适合对各类皮革文物进行胶原蛋白的提取。

2.1.2 功能化薄膜黏附法

功能化薄膜黏附法指的是一种使用功能化薄膜无损地从样品表面吸附蛋白质的方法,该方法以乙酸乙酯(EVA)作为AG501混合强阳离子/阴离子交换树脂和C8树脂混合颗粒的黏合剂,而后将熔融态的EVA、树脂混合物以薄膜形式挤出,使用超纯水对薄膜进行润湿后便可接触样品表面进行蛋白质提取。D’Amato等[30]使用这种方法从包括羊皮纸在内的多种材质的书籍表面吸附提取蛋白质进行质谱分析。Barberis等[31]也使用这种方法从巴黎制造厂(公元14世纪初)的稀有涂漆皮革棺材样品和托斯卡纳木制圣物箱中成功识别出黏合剂。这种方法对皮质文物的损伤几不可查,但由于它依靠从皮革表面黏附蛋白质,一般较为适合保存较为完好的羊皮纸、皮革制品或者绘画涂层下的动物胶黏合剂。

2.1.3 静电摩擦吸附法

静电摩擦吸附法原理是利用PVC橡皮擦在皮革表面摩擦产生的静电对皮革表层蛋白质可产生静电吸附,从而完成从基材表面吸附提取蛋白质。用固相PVC聚合物上的静电分子萃取,蛋白质在室温下即可保存在PVC聚合物废料上,无需进一步储存。该方法对皮革文物是无损伤的,且取样方便、成本低,不需要专业设备或存储、无需人工制品即可采集样本。Fiddyment等[32]首次使用这种方法对72本袖珍圣经的羊皮纸进行取样检测分析。但这种方法主要可以吸附的是皮革文物表面上的蛋白质,因此比较适用于羊皮纸类的文物进行取样。

2.2 蛋白质组学物种鉴定检测方法

目前,蛋白质组学的鉴定方法主要包括基于质谱的肽质量指纹图谱分析和串联质谱肽测序[33],检测流程如图3所示。

图3 质谱检测流程示意Fig.3 Schematic diagram of mass spectrometry detection process

2.2.1 肽质量指纹图谱分析

肽质量指纹图谱(Peptide mass fingerprinting,PMF)是一种简单、快速且相对有效的鉴定蛋白质组成的方法。基于质谱的动物考古学ZooMS(Zooarchaeology by Mass Spectrometry)作为PMF的一种重要形式,目前已广泛用于胶原蛋白材料(皮革、羊皮纸、象牙等)的识别鉴定[34]。将从复杂样品中提取出的胶原蛋白质组使用胰蛋白酶水解消化,使之水解成一系列肽段,这些肽段具有唯一性,再利用质谱测定所有肽段的质量,产生的质谱图是离子相对丰度随m/z值变化的曲线图,收集数据形成胶原蛋白质组的肽质量指纹[35]。当使用肽质量指纹图谱进行皮革文物物种鉴定的时候,需要将未知样品的图谱与肽质量图谱数据库进行对比匹配,标定特异性序列从而完成鉴别。

Buckley等[36]利用胶原蛋白-肽质量指纹图谱方法,通过使用胰蛋白酶提取骨骼、牙齿等部位的胶原蛋白进行分析检测,对土耳其东南部多穆兹特佩新石器时代遗址的111个动物遗骸成功进行了分类鉴定,这为从皮质文物中提取胶原蛋白进行物种鉴别提供了方法。他们在此之前通过与标准样品制备C18柱的相互作用,曾成功重复分离出能对绵羊和山羊胶原蛋白进行区分的单个胶原蛋白肽[37]。而在此次试验中,他们采用了一种更为简单的替代方法,使用固相萃取(SPE)C18移液管尖端分离肽,分离程度虽然低于之前使用的方法,但可以产生更多分类群的肽标记物,从而做到不仅可以区分绵羊和山羊,还可以区分包括人类在内的许多其他分类群。Yuki等[38]利用蛋白质组学,通过LC-MS法在多反应监测模式下监测6种I型胶原胰肽段,以是否存在标记肽的模式对6种动物(牛、马、猪、羊、山羊和鹿)皮革成功进行了动物源识别。

2.2.2 串联质谱肽测序

相对于肽质量指纹图谱这种简便快速的鉴别方法而言,胶原蛋白的识别取决于对分离出的肽相对分子质量的准确测量,而实际上有的肽段本身或在质谱仪的测量过程中有可能是残缺的、碎片化的。基于串联质谱的肽测序方法除了可以对肽段的确切氨基酸序列进行定性,还可以通过对样品中肽段碎片化产生的片段离子进行进一步修饰而获得氨基酸序列[39]。与PMF制备样品的过程相似,MS/MS只是在分析工作流程上有所不同。

作为对蛋白质类文物物种准确鉴别的补充手段,Chambery等[40]开发了一种基于LC-ESI/Q-q-TOF串联质谱法的改进程序,用于鉴定蛋白质黏合剂的生物学来源。使用TPCK处理的胰蛋白酶溶液对还原和烷基化的混合物进行酶水解,然后将混合物在37 ℃下孵育过夜消化。使用配备电喷雾电离源的四极杆飞行时间(ESI-Q-q-TOF)质谱仪进行质谱分析,在Q-TOF质谱仪上获取电喷雾质谱和串联MS/MS数据。对MS/MS试验进行数据导向分析,并对照Swiss-Prot数据库搜索处理的MS/MS光谱以进行蛋白质鉴定。试验识别出3种蛋清蛋白,此外,在样品中还鉴定出了α S1和β酪蛋白肽,且串联质谱法能够很好地区分绵羊和山羊α酪蛋白。

3 蛋白质组学在皮质文物上的应用

3.1 羊皮纸

两千多年以来,羊皮纸一直是西方常用的书写材料。羊皮纸是由一些常见的动物皮(绵羊皮、山羊皮和牛皮)不经鞣制只进行物理机械加工制得的。过去对于这些羊皮纸的材质鉴别依赖于利用观察触摸及参考当时当地饲养动物的方法进行判断,而使用蛋白质组学的方法从根本上解决了这一问题。

Toniolo等[41]使用蛋白质组学检测了一本拉丁语圣经副本书页的物种来源,这本圣经有“马可波罗的圣经”之称,它是历史上唯一一本经丝绸之路辗转在中国停留400余年,最终安全返回欧洲的圣经。由于圣经的纸张非常薄,每张厚度仅有80 μm,因此当时中世纪历史文学家声称,这本圣经使用的羊皮纸是由小羔羊皮制作而成的。而实验室利用nLC/ESI/LTQ MS/MS检测纸张边缘获得的胰蛋白酶消化肽,在NCBInr数据库中搜索,分析得出其中产生的8种特征蛋白均属于黄牛属种,虽然片段中未能找到最为关键的可直接断定种属的PEGQESTTDQETT(绵羊)、PEGQESPTDQETT(牛)的特异性肽序列,但也足以说明这本圣经的羊皮纸实际是从小牛身上获得的。

袖珍圣经是公元13世纪《巴黎圣经》中最重要的子群之一,因其体积足够小,便于运输广受欢迎,超细的羊皮纸是这种圣经最常用的制作材料。Fiddyment等[32]使用无损肽质量指纹方法分析了72本袖珍圣经的皮质来源,共分析了220对开本。在这些对开本中,68%羊皮纸来源是小牛,26%是山羊,6%是绵羊。这项研究首次报告了利用摩擦电无损提取蛋白质,且从PVC取样中获得的蛋白质与使用实际羊皮纸碎片中的相同。Doherty等[42]对公元16—20世纪645个由羊皮纸制成的法律契约书进行物种鉴定,通过ZooMS确定其中622个羊皮纸物种来源为绵羊,剩下23个样本由于缺乏诊断肽无法确定究竟来源于绵羊或山羊,结合当地历史文献可基本认为当时绝大多数法律契约书的羊皮纸由绵羊皮制成。Kirby等[43]使用PMF识别文物材料中的胶原蛋白。他们借鉴Buckley通过肽标记物鉴别胶原蛋白的方法,以此为基础,从阿拉斯加历史皮划艇和《古兰经》羊皮纸的样本中分离出肽标记物,并结合光谱分析,对文物软组织中的胶原蛋白进行识别。蛋白质组学鉴定证实超细羊皮纸不一定像以前假设的那样由新生或薄皮动物(兔子、松鼠)制得,它们可以通过从几个不同物种的成熟动物皮中获得。

3.2 皮革服饰

公元19世纪以来,人们一直尝试鉴别所发现的古代皮革服饰的物种来源,确认皮革的物种来源,对于研究古代畜牧业的起源发展及相关制造行业有重大意义。但古代皮革服饰受恶劣埋藏环境的影响往往难以妥善保存,且经过鞣制的皮革更加难以辨认物种,有时其物种的识别还依赖于对皮革上毛发的形态学特征鉴别,但是这些毛发发生降解后,形态结构发生改变,使得鉴别难以施行[44]。目前,使用基于高通量的蛋白质组学方法对皮革服饰进行物种鉴定成为一种可靠的方式。

对皮革衣饰的研究可以揭示有关人类历史的重要特征。1991年在阿尔卑斯山的冰层中发现了一具新石器时代的木乃伊Oetzi,由于温度极低,他的身体和衣服都保存得十分完好。Hollemeyer等[45]使用PMF的方法对Oetzi的外套,裤子和鞋进行了蛋白质组学分析。收集来自古代样本和参考物种的PMF,参考物种主要选自阿尔卑斯山周围,可以相互比较避免误差。经检测得出,Oetzi的绑腿中来自犬科动物物种,鞋面皮革来自马鹿,绑腿是由山羊皮制成,鞋底和箭袋的闭合襟翼由牛皮制成,外套则是由绵羊皮和羚羊皮制成。

丹麦在泥炭沼泽中发现了一批保存完好的公元前920年至公元前775年的古代皮革服装,Brandt等[46]使用基于质谱(MS)的肽测序方法将12个考古皮革样品进行分析匹配,与肽质量指纹图谱的方法不同,肽测序方法旨在识别完整提取的古代蛋白质组,无需提前选择特定的参比对照物。得到的质谱图在nrNCBI蛋白质数据库中进行BLAST搜索,所有的匹配结果再根据皮革的特性,如地理来源等进行物种最终确定。由于山羊和绵羊的蛋白质组十分相近,以往的检测难以精确区别这两个物种,此次试验还检测到了文献中提及的稀有的用于区别山羊和绵羊的特异性肽,如图4[46]所示。最终结果显示,有两个皮革样本来源为牛,六个样本来源为绵羊,三个来源为山羊。同时,试验还将基于MS的肽测序方法与显微镜观察法进行比较,更加说明了蛋白质组学的可靠性。

图4 Ⅰ型胶原α2(COL1A2)绵羊/山羊诊断肽的串联MS谱Fig.4 Tandem MS spectra of identification of the type Ⅰ alpha-2 collagen (COL1A2) sheep/goat diagnostic peptide

3.3 动物胶黏合剂

天然黏合剂早在旧石器时代就已经开始使用,随着社会生产力的发展,黏合剂的使用解决了生产由不同材料组成物体的问题,克服了单一组分生产的技术限制,是生产制造水平的一个重要突破[47]。古代常用的黏合剂主要包括动物胶、蛋清蛋黄、酪蛋白、树胶树脂、沥青、焦油、淀粉等。其中动物胶黏合剂是古时常用的黏合剂,主要通过煮沸动物皮或鱼皮获得,胶原蛋白高温水解转化为明胶[48]。最常见的分析黏合剂的方法是与质谱仪联用的色谱法[49],但是这种方法对于鉴定蛋白质类黏合剂仍然较为困难,而基于高分辨率的蛋白质组学鉴定方法具有高灵敏度和高准确性,利用较少的样品量便可以确定黏合剂的物种来源。

2009年,在瑞士新石器时代(约公元前4 000年)遗址发现了一把表面装饰有树皮条的弓,这把弓包裹在形成厌氧条件的沉积物中,得以保存完好。为了确定树皮条的固定材料是兽胶还是鱼胶,Bleicher等[50]利用基于液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)的古代蛋白质组学测序方法检测可能残留的蛋白痕迹,他们将采集的树皮条下的小木片作为试验样品,清洗去除杂质后用HCl温和水解提取蛋白质,再使用测序级胰蛋白酶将蛋白质水解成肽片段,将获得的胰蛋白酶肽固定在C18级尖端上,最后通过在线纳米流反相C18液相色谱-串联质谱分析肽混合物。根据所得的MS/MS图谱确定氨基酸序列为SGETGASGPGFVGEK,从而确定此序列物种来源为牛。最终结果表明,有4/5的序列检测为胶原蛋白,且主要为Ⅲ型胶原蛋白,最有可能的来源物种为牛和当地物种Ovicaprids。同时,古代蛋白质测序表明,早在公元前4 000年,当地人就可以使用简单的化学方法提取生产动物皮黏合剂,这是第一次利用蛋白质组学方法溯源史前环境中的生产活动。

小河墓地位于中国西北部塔克拉玛干沙漠孔雀河以南约60 km处,该地区气候干燥,为蛋白质类有机物的保存提供了有利条件。该墓地出土了许多木杖,木杖顶部的正面开了两个槽,用于镶嵌两个骨雕塑,背面粘贴羽毛[51]。由于骨雕脱落露出了木杖上的淡黄色黏合剂,Rao等[52]利用蛋白质组学技术确定黏合剂的物种来源。取10 mg的黏合剂样品进行蛋白质提取,将上清液加载到凝胶上进行凝胶电泳,使用胰蛋白酶进行凝胶内消化水解,将提取的溶液真空干燥并冷冻保存,以便通过LC-MS/MS进一步鉴定。在NCBInr数据库搜索对比,结果如表2所示,黏合剂的主要蛋白质为牛胶原α1(Ⅰ)链前体和α2(Ⅰ)链前体,且所识别的Ⅰ型胶原α1中的GPPGSAGSPGKGLNGLPGPIGPPGPR(位置1141-1167)和α2中的IGQPGAVGPAGIR(位置1066-1078)序列为牛的特异性肽,证实了此黏合剂为动物胶,物种来源为牛。这是迄今为止在中国发现的最古老的动物胶黏合剂。

表2 小河墓地出土黏合剂中鉴定出的牛特异性肽Tab.2 Bovine specific peptides identified from adhesives in Xiaohe Cemetery

3.4 膜金属线

在中世纪时期,膜金属线是欧洲纺织品中使用最多的装饰金属线。大多数膜金属线以动物皮革或者膜组织作为基底,然后镀以金属或使用黏合剂黏附上金属制得。它们因灵活轻便且价格低廉,一度成为西亚纺织品上最常见的金属线[53]。识别金属线中的膜基底对中世纪膜金属线的起源、生产技术和使用价值有重大意义,但纺织品经年劣化对金属线基底的物种鉴别带来困难,形态学方法几乎无法鉴别,DNA扩增技术由于数据库的局限只能识别少数的物种[54]。相比较而言,蛋白质组学在金属线基底物种鉴别方面有无可比拟的优越性。

Popowich等[55]使用蛋白质组学的方法对公元14世纪意大利纺织品上的膜金属线进行基底的物种鉴别。为了测试蛋白质组学对古代样品的适用性,维也纳应用艺术大学(奥地利)还从猪腹膜和牛肠中制备了两个系列参比标准品,分别提取蛋白质,并使用纳米LC-Orbitrap-MS/MS法进行分析,检测到Ⅰ型胶原α1(COL1A1)、Ⅰ型胶原α2(COL1A2)丰度最高,其次是Ⅲ型胶原α1(COL3A1)。对古代样品进行检测,与公开序列的UniProt数据库进行匹配,分离鉴定出特异性胶原肽,其中检测出的来自牛的COL1A1、COL1A2和COL3A1肽数量最多(分别为45、42和38个肽),最终确定线是由牛的肠或胃膜制成。同样的,Cheung等[56]通过蛋白质组学的方法测试了20世纪初6顶中国传统儿童帽的11个金属线样品,鉴定显示金属线基底为绵羊皮或山羊皮,同时还检测出将金属黏到羊皮基底上的动物胶为鱼皮胶。

4 结 论

利用蛋白质组学对国内外皮质文物进行检测鉴定主要分为三个流程:从皮质文物中提取胶原蛋白,利用基于质谱的蛋白质组学技术对胶原蛋白进行定性或定量检测分析,将获得的肽在蛋白质数据库中进行对比匹配以获得肽段序列等相关信息。目前,已经有一些较为成熟的从皮质文物中无损或微损地提取胶原蛋白的方法,如研磨法、功能化薄膜黏附法、静电摩擦法,能在确保试验结果准确的前提下,尽可能地降低对皮质文物的损坏。基于质谱的蛋白质组检测方法主要有肽质量指纹图谱法和串联质谱肽测序法,两者各有长短,前者更为简便,后者更为精确。皮质文物按照常见的用途分为四大类,分别是羊皮纸、皮革服饰、动物胶黏合剂和以皮革为基底的膜金属线,这些皮质文物难以使用传统的观察法进行物种的准确鉴别。而蛋白质组学分析作为一种新兴检测方法,具有灵敏度高、特异性强的优点,只需极少的样品,便能准确地对文物的物种来源进行鉴别,有效解决物种鉴别困难这一难题,同时蛋白质组学基于皮质文物的精细鉴别,对溯源古代畜牧业及手工制造业的生产活动也有重大意义。

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