Каждый из нас — это примерно 16 килограммов углерода. Именно этот элемент составляет основу наших клеток, ДНК и белков. И когда человек уходит, в земле остаются его кости, в которых сохраняются молекулы — остатки того самого углерода, из которого когда-то была собрана жизнь. Извлечь эти молекулы, «прочитать» их и восстановить историю давно ушедших людей — задача современной палеогенетики. Но спустя столетия понять, сохранилась ли в древних останках ДНК, пригодная для анализа, — непросто.
По словам ученых, работа с древней ДНК — всегда лотерея. За сотни и тысячи лет молекулы нуклеиновых кислот разрушаются, фрагментируются и химически модифицируются. Даже если образец выглядит хорошо, это не гарантирует, что в нем сохранился генетический материал, пригодный для анализа. А каждый такой анализ — процесс трудоемкий и дорогостоящий.
Ученые Южного федерального университета под руководством сотрудников ЮНЦ РАН апробировали методику предварительной «сортировки» археологических образцов, который позволяет с высокой вероятностью предсказать успех исследования. В работе были изучены костные останки из курганов Ростовской области, датируемые VII–IX веками и принадлежащие представителям Хазарского каганата.
Исследователи измерили содержание общего органического углерода (ТОС) в костных фрагментах и сопоставили эти показатели с успешностью выделения ДНК и последующего генотипирования. Выяснилось, что чем выше содержание органического углерода в кости, тем больше шансов получить полноценный генетический профиль.
«Мы обнаружили, что эффективность ПЦР-генотипирования и успешность последующего высокопроизводительного секвенирования напрямую коррелируют с количеством органического углерода в образце. Если содержание ТОС ниже 8 процентов, шансы на успех минимальны. Образцы с показателем 8–9,9 процента могут дать результат при стандартном ПЦР-анализе, а для наиболее сложных и дорогостоящих методов, таких как NGS, лучше отбирать образцы с содержанием углерода выше 9,9 процента», – рассказал д.б.н., доцент, заведующий научной лабораторией "Идентификация объектов биологического происхождения ЮФУ" Игорь Корниенко.
На основе полученных данных ученые предложили экономически эффективную стратегию отбора палеобиологического материала. Она позволяет отбраковать заведомо неперспективные образцы на самом раннем этапе, не тратя время и реактивы на их анализ. Анализ содержания органического углерода занимает всего несколько часов и стоит в несколько раз дешевле, чем полный цикл выделения и генотипирования ДНК.
Особенно ценным этот подход становится для лабораторий, работающих с большими археологическими коллекциями. Вместо того чтобы «вслепую» проводить дорогостоящий анализ всех доступных образцов, исследователи могут сначала провести экспресс-оценку и сосредоточить усилия на наиболее перспективных.
Сегодня масштабы палеогенетических проектов в России перешли от изучения единичных находок к системному анализу целых некрополей, что требует секвенирования сотен и тысяч образцов ежегодно в рамках реализации Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий. На базе научной лаборатории «Идентификация объектов биологического происхождения» ЮФУ данные исследования проводятся ежегодно, реализуя полный цикл палеогенетического анализа — от лабораторной экстракции ДНК из археологического материала до сложной биоинформатической обработки данных. В условиях Десятилетия науки и технологий (2022–2031 гг.), когда перед российскими лабораториями стоит задача массовой геномной паспортизации древних популяций, предложенный нами экспресс-метод оценки общего органического углерода приобретает стратегическое значение. Он позволяет на раннем этапе отсекать до 30–40 % заведомо бесперспективного материала, что в масштабах страны экономит миллионы рублей бюджетных средств, затрачиваемых на дорогостоящие реактивы для NGS-секвенирования, и кратно ускоряет получение фундаментальных данных о генетическом происхождении народов России.
Как работает метод? Механика метода основана на поиске химического "маркера сохранности" внутри кости. Процесс начинается с подготовки микронавески — всего около 0,5 грамма костного порошка, который помещается в автоматический анализатор. Прибор выполняет двухэтапное исследование: сначала образец сжигается при температуре 680°C, чтобы измерить суммарное количество углерода (TC), а затем другая часть пробы обрабатывается ортофосфорной кислотой. Кислота вступает в реакцию с минеральной составляющей кости, выделяя неорганический углерод (IC). Искомый показатель — Общий органический углерод (TOC) — вычисляется простым вычитанием: из общего значения убирается минеральное. Полученная цифра — это своего рода индекс биологической свежести останков.
Поскольку ДНК является частью органического матрикса кости, высокий уровень TOC прямо указывает на то, что органическое вещество за столетия не разрушилось и в образце с высокой вероятностью сохранились цепочки древней ДНК, пригодные для сложного секвенирования. аким образом, метод позволяет по химическому показателю оценить перспективность дорогостоящего генетического анализа до его начала. Таким образом, метод позволяет по химическому показателю оценить перспективность дорогостоящего генетического анализа до его начала. И проведенное исследование NGS это доказало: образцы с высоким уровнем общего органического углерода дали максимальный выход именно древней ДНК человека.
«Разработанная методика уже подтвердила свою эффективность на материале хазарских курганов. В перспективе она может стать стандартным этапом предварительной обработки археологических образцов во всем мире — от подготовки к палеогенетическим исследованиям до отбора материалов для музейных коллекций, где важно сохранить ценные образцы для будущих исследований», – отметила к.б.н., старший преподаватель кафедры генетики Академии биологии и медицины Д.И. Ивановского ЮФУ Ольга Арамова.
Старший преподаватель кафедры генетики Академии биологии и медицины Д.И. Ивановского ЮФУ Ольга Арамова
Результаты исследования изложены в научном журнале «Molecular Biology» в марте 2026 года.
Работа выполнена в рамках реализации государственного задания ЮНЦ РАН (№ гр. проекта 125012000466–3) с участием ученых Южного федерального университета.
НАША СПРАВКА: Южный федеральный университет, являясь участником программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» и федерального проекта «Передовые инженерные школы» (нацпроект «Молодежь и дети»), концентрирует усилия на решении задач научно-технологического развития страны. В рамках этой работы университет на основе сетевой архитектуры взаимодействия создает производственно-технологические цепочки полного цикла для ответа на «большие вызовы». Ключевые направления развития охватывают ряд критических и сквозных технологий, которые лежат в основе трех ключевых стратегических технологических проектов вуза: «Технологии биоинженерии почв», «Технологии многофункциональной микроэлектроники и интеллектуальной сенсорики для биогибридных и киберфизических систем» и «Технологии ускоренной разработки и трансфера стратегически важных материалов в микро- и малотоннажное производство».
