Aptamerske raziskave zgodnjesrednjeveškega prehoda

Keramika in arheološka lončenina sta med najštevilčnejšimi najdbami pri izkopavanjih, saj odsevata kulinariko, način kuhanja in družbeno-ekonomske pogoje v danem okolju. Z analizo izbranih realnih arheoloških vzorcev s ključnih slovenskih najdišč (med drugim Pristava na Bledu, Ajdna nad Potoki, Gradišče nad Bašljem in Malečnik) projekt razkriva kulturne okoliščine jedi ter omogoča natančno rekonstrukcijo prehrane in migracijskih praks na prehodu iz antike v srednji vek.

Basic information

• Title: Razvoj testov z aptamerami za razkrivanje prehoda iz antike v srednji vek in za oceno pozne avarske države po neuspešnem obleganju Konstantinopla

• Trajanje: 36 mesecev

• Šifra: RPROJ-Prijava-2025/232

• Vodilni partner: Javni zavod Republike Slovenije za varstvo kulturne dediščine (ZVKDS)

• Project Manager: Janez Kosel, Ph. D. dr. Janez Kosel

• Financial resource: Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS)

Summary

V zadnjem desetletju se je arheološko zanimanje za družbene vidike hrane močno povečalo, še posebej v kontekstu pridelave žitaric. Študije seosredotočajo na povezave med prehrano, migracijami prebivalstva, spremembami kmetijskih praks in prilagoditvami na okoljske ter družbenedejavnike. Na arheološki keramiki se občasno ohranijo posušeni ali ogleneli organski ostanki hrane, katerih znanstvena analiza omogoča obravnavoključnih arheoloških hipotez, povezanih s prehrano. Medtem ko so metode za identifikacijo živalskih antičnih ostankov z uporabo imunološkihpristopov razmeroma dobro razvite (meja zaznavnosti ≤ 1 ng), so tehnike za identifikacijo rastlinskih antičnih ostankov razmeroma manj naprednepredvsem zaradi majhne diferenciacije makromolekul med bližnjimi rastlinskimi vrstami ali pomanjkanja komercialno dostopnih protiteles zaraditežav pri njihovi proizvodnji ali zaradi manjšega medicinskega/farmacevtskega proizvodnega interesa. Naš novi pristop bo zaobšel omejitveimunoloških metod z razvojem dostopnega ELISA testa, ki ne bo temeljil le na protitelesih, temveč tudi na zelo specifičnih, stabilnih, zanesljivih instroškovno učinkovitih aptamerah, vključno s takimi, ki bodo specifične za detekcijo prosa in bodo zasnovane po metodi SELEX. Naš test boomogočal razlikovanje med arheološkimi sledovi pšenice, ječmena in prosa ter bo uporabljen za obravnavo dveh ključnih hipotez, ki sta predmetintenzivnega raziskovanja v evropski arheologiji pozne antike in zgodnjega srednjega veka: (1) prehodno obdobje iz antike v srednji vek, kjer se jeizkazalo, da je bila osnovna hrana zgodnjesrednjeveškega prebivalstva ječmen/proso in ne pšenica; in (2) “kmetijska revolucija” Avarov, ki so poporazu pred Konstantinoplom leta 626 n. št. pospešili uveljavitev pšenice v regiji. Poleg žit bo naš novi ELISA test omogočil tudi odkrivanje sledirazličnih drugih vrst hrane (stročnice, oreščki, mlečni izdelki, meso, jajca, goveja juha, krvavice in ribe), kar bo zagotovilo dragocene dodatne podatkeza preverjanje omenjenih hipotez. Ta preboj bo spodbudil nove interdisciplinarne raziskave v humanistiki in naravoslovju z zagotavljanjemspecifičnih orodij osnovanih na aptamerah (cilja 1 in 3 evropske raziskovalne infrastrukture za znanost o dediščini, E-RIHS), kar bo iz srednjeročnegavidika pomembno vplivalo na arheološko metodologijo. Neposredno projiciranje rezultatov na naše arheološke vzorce bo ključno za razumevanjezačetkov zgodnjesrednjeveškega obdobja, ki ima vseevropski pomen, še zlasti za Slovenijo, saj bo to pripomoglo k razumevanju vseobsegajočegakulturnega premika, ki ga pogosto imenujemo slavizacija. Poleg tega bo projekt izboljšal znanstveno podlago za trajnostno upravljanje, v skladu zAgendo 2030 Združenih narodov, Cilj 17, Cilji 17.6 in 17.8, s spodbujanjem boljšega sodelovanja med naravoslovnimi in družboslovnimi znanstveniki.Nenazadnje imajo napredne karakterizacijske tehnike, predlagane v tem projektu, potencial za uporabo v medicini in diagnostiki, forenziki ter prizagotavljanju kakovosti v prehrambeni industriji.

Objectives

Splošni cilj raziskave je vpeljati nov raziskovalni model, ki bo združeval sistematično gradnjo inventarne podatkovne baze z najsodobnejšo biokemijsko analizo tarčnih molekul v organskih ostankih, najdenih na keramiki, za potrditev dveh ključnih arheoloških hipotez (prehod iz antike v srednji vek in avarska kmetijska revolucija). Končni praktični cilj je razvoj biokemijskega testa ELISA na osnovi zanesljivih aptamer in protiteles, ki bo neodvisen od drage merilne opreme ter bo omogočal razlikovanje med arheološkimi sledmi pšenice, ječmena in prosa. Test bo cenovno dostopen manjšim raziskovalnim institucijam in muzejem.

Detailed objectives

1. Arheološka, antropološka in materialna kontekstualizacija vzorcev: Sistematična analiza in obogatitev inventarne podatkovne baze za celotno zbirko študijskih keramičnih najdb iz izbranih najdišč (Pristava na Bledu, Ajdna nad Potoki, Gradišče nad Bašljem, Malečnik, Slivnica, Maribor – Zgornje Radvanje, Spodnja Gorica) z vključitvijo podatkov FTIR in XRF spektralnih analiz (DS2).
2. Optimizacija in evalvacija ekstrakcije proteinov: Vrednotenje in izboljšava postopkov ekstrakcije proteinov iz keramičnih kompleksov s primerjavo blažjih in agresivnejših metod na modelnih in realnih arheoloških vzorcih ter preverjanje morebitnih poškodb proteinskih struktur (DS3).
3. Zasnova in razvoj ELISA testa za analizo prisotnosti žit: Razvoj specifičnega testa za detekcijo pšenice, ječmena in prosa z uporabo obstoječih protiteles, objavljenih aptamer ter na novo razvitih aptamer za proso (DS4).
4. Razširitev testa ELISA na druge vrste hrane: Integracija obstoječih protiteles in aptamer za detekcijo širšega nabora živil (stročnice, oreščki, mlečni izdelki, meso, jajca, juhe, krvavice, ribe) v keramičnih odlomkih (DS4).
5. Proteomsko sekvenciranje in spektroskopska karakterizacija: Celovita proteomska analiza (LC-MS/MS) in FTIR/Raman spektroskopija izbranih ključnih vzorcev za identifikacijo antičnih proteinov, določitev njihovega izvora in oceno stopnje njihove razgradnje/staranja ter končna arheološka interpretacija (DS5).

Work packages and timing

• Delovni sklop 1: Vodenje projekta, koordinacija in diseminacija
  • Naloga 1.1: Operativno upravljanje, nadzor poteka projekta ter priprava vmesnih in končnih poročil.
  • Naloga 1.2: Diseminacija rezultatov v znanstvenih revijah in predstavitve na mednarodnih konferencah.
• Delovni sklop 2: Arheološka, antropološka in materialna kontekstualizacija arheoloških keramičnih najdb za izdelavo inventarne baze podatkov
  • Naloga 2.1: Izbor in pridobitev keramičnih vzorcev z izbranih arheoloških najdišč ter analiza terenske dokumentacije.
  • Naloga 2.2: Izdelava strukturirane inventarne baze podatkov ter izvedba materialnih spektroskopskih analiz (FTIR in XRF).
• Delovni sklop 3: Optimizacija ekstrakcije proteinov iz keramičnih kompleksov
  • Naloga 3.1: Optimizacija protokola za ekstrakcijo ciljnih molekul in primerjava učinkovitosti agresivnih topil ter blažjih pufrov.
  • Naloga 3.2: Validacija ekstrakcijskih postopkov z analizo celotnih proteinov
• Delovni sklop 4: Zasnova testa ELISA
  • Naloga 4.1: Zasnova testa ELISA za razlikovanje organskih sledi pšenice, ječmena in prosa.
  • Naloga 4.2: Zasnova testa ELISA za določanje drugih vrst hrane (meso, mleko, ribe, jajca, stročnice, oreščki).
  • Naloga 4.3: Aplikacija testa ELISA na osnovi protiteles na realnih arheoloških vzorcih.
  • Naloga 4.4: Aplikacija testa ELISA na osnovi aptamer na realnih arheoloških vzorcih.
• Delovni sklop 5: Celovita analiza ključnih arheoloških študijskih vzorcev
  • Naloga 5.1: Proteomsko sekvenciranje antičnih proteinov z uporabo napredne masne spektrometrije.
  • Naloga 5.2: Spektralna analiza sekundarnih struktur antičnih proteinov z FTIR in Raman mikroskopijo.
  • Naloga 5.3: Integracija biokemijskih, proteomskih in materialnih podatkov ter končna arheološka interpretacija zgodnjesrednjeveških najdb.