Извлекаемые из земли во время археологических раскопок останки несут на себе частицы почвы, в том числе фульвокислоты, однако работа с ДНК из таких останков до сих пор была затруднительной, поскольку фульвокислоты блокируют главную реакцию молекулярной биологии – ПЦР. Для решения этой проблемы ученые Южного федерального университета разрабатывают новый способ оценки ингибирования ПЦР и последующей очистки ДНК.

Ростовская область богата археологическими памятниками древних народов: сарматов, меотов, хазар, — а также палеонтологическими памятниками, которые представляют большой научный интерес для исследования вопросов прошлого с применением современных методов генетики.

Костные останки людей и остатки животных являются основным объектом подобных исследований. Еще одной научной областью, в которой исследуется ДНК, полученная из костных останков человека, является криминалистика. Данное направление активно развивает коллектив научной лаборатории «Идентификация объектов биологического происхождения» Академии биологии и биотехнологии имени Д. И. Ивановского ЮФУ под руководством Игоря Корниенко. Ученые специализируются на работе с древними и уникальными объектами: останками древних людей и остатками мамонтов, биоматериалом краснокнижных растений и животных.

При этом кости и другие биоматериалы могут находиться на разных уровнях почв: как на ближайших к поверхности (А пахотный горизонт), так и на более глубоких. Как известно, извлекаемые из почв биологические образцы несут на себе частицы почвы, например, гуминовые кислоты и фульвокислоты. По словам ученых, для работы с такого рода препаратами ДНК (имеющими характерный коричневый цвет разной степени насыщенности) в первую очередь необходимо применение оценки степени ингибирования [прим. процесс, когда одно вещество или действие замедляет или останавливает другое вещество или процесс] генетического материала.

Однако если гуминовые кислоты в настоящее время не вызывают больших затруднений, то избавиться от фульвокислот без разбавления препарата сложно и практически невозможно.

«Фульвокислоты (ФК) присутствуют во всех типах почв и, как следствие, в разных концентрациях находятся в препаратах ДНК, что мешает проведению успешных анализов. Так, пока ФК есть в растворе ДНК, первая стадия анализа — полимеразная цепная реакция (ПЦР) — затруднительна или не может быть проведена», – объяснила аспирантка Академии биологии и биотехнологии ЮФУ Ольга Арамова.

В недавнем исследовании специалисты изучили три горизонта наиболее распространенных типов почв на территории Юга Российской Федерации: чернозем южный, чернозем обыкновенный карбонатный и каштановая почва. Оказалось, что наибольшие затруднения возникают при работе с препаратами ДНК, содержащими даже низкие концентрации фульвокислот чернозема южного. Интересно, что этот тип почв является преобладающим на территории нашего региона.

Процесс анализа и выделения ДНК из костных останков / © Пресс-служба ЮФУ

Наименьшие – при работе с препаратами, загрязненными фульвокислотами каштановой почвы. В качестве основного метода решения этой проблемы сегодня ученые всего мира используют разбавление препаратов ДНК, однако такой способ грозит потерями генетического материала, что может быть критично при работе с древней ДНК, которая является деградированной и имеет низкую концентрацию.

«В настоящее время на рынке представлены наборы преимущественно для очистки ДНК от гумусовых кислот (они наряду с фульвокислотами и гиматомелановыми кислотами входят в группу гумусовых кислот), однако они не являются водорастворимыми и отделить их проще, чем ФК. Мы же хотим сконцентрироваться именно на избавлении от группы гумусовых кислот, вызывающей наибольшие затруднения при экстракции ДНК – на ФК», – отметила магистрант Академии биологии и биотехнологии ЮФУ Валерия Флоринская.

Магистрант Академии биологии и биотехнологии ЮФУ Валерия Флоринская и аспирантка Академии биологии и биотехнологии Д.И. Ивановского ЮФУ Ольга Арамова / © Пресс-служба ЮФУ

По итогам работы, результаты которой опубликованы в первом номере журнале «Биотехнология», исследователи продемонстрировали, как в различных концентрациях фульвокислоты (ФК), извлеченные из разных типов почв Юга России ингибируют реакцию ПЦР. В связи с этим было решено начать разработку способа избавления препаратов ДНК от ФК, основанного на физических свойствах фульвокислот.

Уже сейчас ученые занимаются разработкой дополнительных способов по уменьшению действия фульвокислот на ПЦР и, что немаловажно, способа оценки степени ингибирования ПЦР. По их словам, новые способы для оценки степени ингибирования ПЦР и очистки ДНК могут открыть путь к более точным исследованиям древних, криминалистических и сложных биологических образцов и помочь в понимании прошлого через современные генетические методы.