Le ossa antiche, recuperate dai contesti archeologici e preservati all’interno dei Musei, rappresentano
una preziosa fonte di informazioni sull'alimentazione, lo stato di salute, la mobilità delle popolazioni
antiche nonché sulla demografia e condizioni ambientali del passato, utili a ricercatori e accademici.
A seguito dello sviluppo di moderne tecnologie delle scienze omiche, i reperti osteologici sono
sempre più richiesti e questo ha comportato un aumento dell'analisi del DNA antico (aDNA). I metodi
di campionamento per l'estrazione del DNA antico sono prevalentemente distruttivi e spesso possono
compromettere i reperti osteologici per ulteriori future analisi o per studi in altri campi di ricerca.
Oltre al campionamento invasivo e distruttivo, in condizioni di scarsa conservazione dell’osso
archeologico causata da alterazioni tafonomiche e diagenetiche, il sequenziamento del DNA antico
può essere un'operazione estremamente costosa.
Dati gli elevati costi della procedura di sequenziamento dell'aDNA, in questo lavoro di ricerca è stato
condotto uno studio analitico mediante spettroscopia a raggi infrarossi (FTIR) per sviluppare un
metodo di pre-screening affidabile, veloce ed economico per determinare la presenza/assenza di
molecole genetiche in un campione osseo archeologico.
La spettroscopia IR è uno strumento utile in quanto è rapida, minimamente distruttiva, economica e
sensibile alle variazioni delle proprietà strutturali delle componenti organiche (collagene) e
inorganiche (nano cristalli di bioapatite) che costituiscono l’osso. A livello ultrastrutturale, le
componenti organiche e inorganiche possono stabilire forti legami con il DNA , stabilizzandolo e
determinando la sua sopravvivenza nel tempo. Da campioni archeologici (di epoche e provenienze
diverse) estremamente alterati a moderne ossa fresche, abbiamo valutato la sensibilità e l'efficacia di
nuovi parametri IR per caratterizzare la diagenesi subita dalle ossa tenendo in considerazioni i
cambiamenti delle condizioni climatico–ambientali e di seppellimento. Il lavoro è stato esteso per
esaminare le modificazioni indotte dalla diagenesi sulla struttura secondaria del collagene conservato,
valutandone gli effetti sui cristalli di bioapatite. I risultati ottenuti dimostrano che il parametro IR che
descrive l’ordine/disordine atomico, utilizzato in questa ricerca, è vantaggioso per il monitoraggio di
variazioni minime nella struttura e nelle proprietà chimiche della bioapatite nonché indirettamente
nel collagene. Questo metodo potrebbe migliorare il processo di selezione dei campioni ossei nonché
la loro idoneità per analisi specifiche, ad es. analisi genetiche, paleoproteomiche e degli isotopi stabili
sulla base delle analisi spettrali. Viene qui proposto inoltre un modello predittivo funzionale con i
parametri infrarossi utilizzati, al fine di determinare il parametro più predittivo per la
prensenza/assenza di DNA, utile per ridurre i costi delle analisi genetiche. Dai dati ottenuti, la
qualità/quantità di aDNA risulterebbe non essere determinabile a causa dell'influenza di fattori
ambientali locali.Ancient bone tissues, recovered from archaeological contexts and preserved within the Museums,
represent a valuable source of information on health, diet, mobility of ancient populations as well as
on demographics and environmental conditions of the past, useful for researchers and academics.
Following the development of modern technologies of omic sciences, osteological finds are
increasingly requested and this has led to an increase in the analysis of ancient DNA (aDNA).
Sampling methods for ancient DNA extraction are predominantly destructive and may often
compromise osteological findings for further future analysis or for studies in other research fields. In
addition to invasive and destructive sampling, in poor conservation conditions of the archaeological
bone caused by taphonomic and diagenetic alterations, the sequencing of ancient DNA can be an
extremely expensive operation.
Given the high costs of the aDNA sequencing procedure, an analytical study by means of infrared
spectroscopy (FTIR) was conducted in this research work to develop a reliable, fast and inexpensive
pre-screening method to determine presence/absence of genetic molecules in an archaeological bone
sample.
Infrared spectroscopy is a useful tool fast, minimally destructive, inexpensive and sensitive to changes
in the structural properties of the organic (collagen) and inorganic (bioapatite nanocrystals)
components that make up bone. At the ultrastructural level, the organic and inorganic components of
bone may stabilize strong bounds with DNA, stabilizing it and determining its survival over time.
The sensitivity and efficiency of new IR parameters was tested on fresh bones and extremely altered
archaeological samples, characterized by different chronology and origin. The diagenesis undergone
by the bones was characterized taking into account changes in climatic-environmental and burial
conditions. The research was expanded by examining changes induced by diagenesis on the
secondary structure of collagen preserved, evaluating their effects on bioapatite crystals.
The results obtained demonstrate that the IR parameter used in this research, that describes the atomic
order/disorder, is advantageous for monitoring minimal changes in the structure and chemical
properties of bioapatite as well as indirectly in collagen. This method may improve the selection
process of bone samples as well as their suitability for specific analyzes, e.g. genetic, paleo-proteomic
and stable isotope analysis on the basis of infrared spectra. A functional predictive model with the
infrared parameters used, in order to determine the most predictive parameter for the
presence/absence of DNA, allowing to reduce the costs of genetic analyzes, was proposed here. The
results obtained, shows that the quality/quantity of aDNA cannot be determined due to the influence
of local environmental factors