优化的骨采样方案，用于从考古遗迹中提取古代DNA
November 30th, 2021
该协议提出了一系列最佳实践协议，用于从八个推荐的解剖采样位置（给定骨骼元素上的特定位置）收集骨粉，这些骨粉来自中世纪个体的五个不同骨骼元素（放射性碳可追溯到大约公元 1040-1400 年，校准的 2 西格玛范围）。
这些协议可作为骨粉生成的最佳实践指南，用于一系列骨骼元件的下游DNA提取。有一些已发表的古代DNA采样协议，用于牙本质和岩金字塔以外的位置。今天，我们将展示三种备选方案的详细采样方法。
这些方法也显示出用于降解法医遗骸的巨大潜力，但也作为开发非人类标本类似技术的基线。在配备紫外线的PCR罩或生物安全柜下的专用洁净室中进行所有采样。关闭气流并将无菌铝箔铺在工作台上，以捕捉任何散落的骨粉或碎片。
将一张秤纸放入无菌称量托盘中。使用手持夹子将去污的磨牙与牙釉质握住，根部朝下放在称重托盘上。为牙钻配备金刚石边圆形切割轮。
将钻头设置为中速设置后，以大约 20 度的角度轻轻接触钻头的边缘到根部。将样品向下刮入托盘中，从根部收集黄色的最外层材料。一旦牙本质的较轻材料变得可见，就停止收集。
将粉末转移到两毫升LoBind Safe-Lock管中，并使用精度至少为0.01毫克的封闭天平记录收集的粉末质量。将粉末从称重纸转移到两毫升的LoBind 安全锁定管中进行提取。将此管存放在 20 摄氏度。
确保恢复所有骨头碎片和尽可能多的粉末。在每次采样之间更换箔片，将用过的箔纸丢弃在可高压灭菌的生物危害袋中。对工作区域进行净化，并在每次移动到下一块骨头之前将无菌铝箔铺在台面上。
将一小张秤纸放入标准称量托盘中。使用牙钻去除并丢弃上椎弓皮质骨的最外层。然后，将椎骨固定在手夹中，棘突向外，上侧向下。
握住椎骨的同时，向上钻入V形凹口的中心，该凹口由棘突与薄片融合而成，具有低速和高扭矩。当阻力明显下降时停止钻孔。稍微改变钻孔位置，然后重复直到收集50至100毫克的骨粉。
将骨粉从秤纸转移到两毫升的LoBind管中进行提取，并将其储存在20摄氏度。在处理箔纸之前，确保回收所有骨头碎片和尽可能多的粉末。如前所述，对工作区域进行净化并准备样品采集。
将一小张称量纸放入标准称量托盘中。将距骨圆顶向上握住，内侧表面朝向收集器，在称量托盘上方。使用低轨钻头设置为低速和高扭矩的牙钻将皮质骨从距骨颈部刮到大约 1 毫米的深度。
改变钻孔位置并重复此操作，直到收集大约 50 至 100 毫克的骨粉。将该骨粉从秤纸转移到两毫升LoBind管中进行提取。将粉末无限期地储存在 20 摄氏度。
将剩余的骨头和多余的粉末储存在25摄氏度的干燥，温度受控的无菌环境中。将所有废物丢弃在高压灭菌器生物危害袋或容器中。对所有可重复使用的设备进行消毒或净化，并在每次采样之间将其暴露在紫外线下。
Pars petrosa产生的内源性DNA高于所调查的其他23个解剖采样位置。该协议中提出的七个额外的解剖采样位置产生了第二高的产量。替代位置始终如一地产生足以进行标准群体遗传学分析的DNA产量。
来自所有解剖采样位置的库中的重复率都很低，表明复杂性很高。牙齿以及胸椎显示出足够的分子恢复。骨取样最具挑战性的方面之一是钻孔过程，例如如何握住钻头、在哪里钻孔以及何时停止钻孔。
概述
本协议概述了从中世纪骨骼遗骸的各个解剖位置收集骨粉的最佳实践指南。它强调了生成适合DNA提取的骨粉的方法，这些方法也可应用于法医遗骸。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 古代DNA分析
- 法医科学
背景
- 现有协议主要集中在牙本质和岩质金字塔采样。
- 本研究引入了骨粉收集的替代解剖位置。
- 协议为古代和退化的法医标本而设计。
- 强调在采样过程中保持无菌环境。
研究目的
- 提供从中世纪骨骼遗骸收集骨粉的详细协议。
- 增强从各种骨骼元素中提取DNA的方法。
- 为非人类标本建立未来适用技术的基线。
使用的方法
- 在带有紫外线的洁净室中进行采样。
- 使用牙科钻头进行精确的骨粉收集。
- 从多个解剖位置收集以最大化DNA产量。
- 在样本之间严格的去污协议。
主要结果
- 岩质部位产生了最高的内源性DNA。
- 其他解剖位置也提供了足够的DNA进行分析。
- 库中低重复率表明样本复杂度高。
- 牙齿和胸椎显示了良好的分子恢复。
结论
- 建立的协议对古代DNA恢复有效。
- 方法可以适应法医应用。
- 未来研究可以在这些技术基础上进行更广泛的应用。
常见问题
Executive Industry Relevance
Ancient DNA sampling protocols provide a framework for maximizing molecular yield from limited, precious biological specimens while minimizing specimen destruction. This approach supports target validation in discovery research by enabling reliable molecular recovery from challenging sample types. The methodology enhances predictive confidence in downstream genetic analyses by ensuring adequate DNA quality for population genetics applications.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of biological systems through molecular analysis of preserved specimens.
- Operational Value: Reduces sample input requirements while maintaining adequate DNA yield for downstream applications.
- Strategic Value: Supports hypothesis testing in target validation by providing access to molecular data from rare or limited specimens.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides standardized biological samples suitable for assay development and optimization.
- Operational Value: Ensures reproducibility through strict decontamination protocols and controlled sampling environments.
- Strategic Value: Enables reliable compound evaluation by delivering consistent, high-quality DNA inputs for screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports translational biomarker discovery by enabling molecular analysis across diverse specimen types.
- Operational Value: Facilitates continuity from discovery through preclinical validation with standardized sampling approaches.
- Strategic Value: Informs risk-adjusted advancement decisions by providing molecular data quality metrics.
Pipeline & Workflow Integration
The protocol integrates into discovery workflows by providing standardized methods for biological sample preparation that support hypothesis testing and molecular analysis.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing through reliable molecular recovery from anatomical sampling locations.
- Screening: Enables assay readiness by delivering standardized bone powder samples suitable for DNA extraction.
- Analytics: Provides quantitative DNA yield measurements that help teams compare sample quality and suitability for downstream applications.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical continuity through consistent molecular recovery across specimen types.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for biological sample preparation applicable across multiple research initiatives.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in molecular analyses through adequate DNA yield and quality.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via strict decontamination and controlled sampling protocols.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions through reliable molecular data generation from limited specimens.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization based on molecular recovery potential from anatomical sampling locations.
Implementation Considerations
- Requires expertise in sterile technique and contamination control for ancient DNA work.
- Needs dental drilling equipment and UV-equipped clean room infrastructure.
- Demands cross-team standardization of decontamination protocols between samples.
- Requires adaptation considerations when applying to different specimen preservation states.
- Involves practical limitations related to specimen availability and anatomical accessibility.
