铜锈矿化对人类古DNA保存的影响：拉脱维亚骨齿样本的表征研究

本研究首次系统评估铜锈矿化对考古骨齿样本中古DNA(aDNA)保存的影响，通过宏基因组分析工具Kraken2和MALT揭示铜合金的抗菌特性会显著降低内源性人类DNA保存率（仅1/5样本可验证），同时改变土壤/水生微生物群落结构，为考古样本筛选提供了关键分子证据。

　　

铜锈矿化对古DNA保存的抑制效应

ABSTRACT

青铜与含铜合金的抗菌特性可能影响考古遗存中有机材料的保存状态。本研究通过对比拉脱维亚Lejasbitēni墓地（公元7-10世纪）的铜锈矿化与未矿化骨齿样本，发现严重矿化样本的内源性人类DNA比例极低（0.001-0.275%），仅轻度矿化的牙齿样本KPT1显示可信的古DNA损伤模式（5.742% PMD≥3 reads）。宏基因组分析揭示矿化样本中富集耐金属/盐环境的微生物（如Sphingomonadaceae科占36.891%），而土壤常见菌Amycolatopsis显著减少。

INTRODUCTION

青铜器伴生的铜锈矿化（verdigris）虽能增强骨齿视觉完整性，但其对古DNA保存的影响尚未明确。现代法医学研究提示铜锌合金可能导致DNA断裂，而铜的抗菌特性可能改变埋藏环境微生物群落。本研究首次系统评估矿化样本在人类古DNA和微生物古DNA研究中的适用性。

MATERIALS AND METHODS

样本来自Daugava河畔的Lejasbitēni墓地，选取5例矿化（3成人2青少年）和5例未矿化骨齿样本。采用两种DNA提取方案：改良版Velsko（Protocol V）含55°C过夜消化步骤，以及Keyser-Tracqui（Protocol K）。建库使用抗尿嘧啶污染的QIAseq Ultralow Input Kit，经MiSeq测序后，分别用Kraken2/Bracken和MALT进行微生物分类，人类DNA分析采用mapDamage2.0评估损伤模式。

RESULTS

人类DNA保存特征

严重矿化牙齿样本（VPT1/VPT2）内源性DNA比例（0.045%/0.009%）较未矿化样本（VNPT1 2.210%）降低10-200倍。唯一显示典型古DNA末端损伤的矿化样本KPT1（5.742% PMD≥3）矿化程度最轻。Protocol V提取的矿化骨样本VPB1虽含0.275%人类DNA，但损伤模式提示现代污染。

微生物组差异

矿化样本中：

1. 耐金属菌显著富集：Sphingomonas在矿化骨VPB1中占比28.727%，Cupriavidus在矿化样本KPT2/VPB1中高表达

2. 海洋来源菌株出现：如Marisediminicola（潮间带细菌）

3. 土壤菌群改变：Amycolatopsis在矿化样本中几乎消失，而Microbacterium/Salinibacterium（耐盐菌）增加

DISCUSSION

矿化通过两种机制影响古DNA研究：

1. 化学损伤：铜离子导致DNA链断裂，与法医学中金属抑制PCR现象一致

2. 微生物选择压力：铜环境筛选出特殊菌群，如Sphingomonadaceae能降解有机金属化合物

研究局限性

样本量小（n=10）且保存状态差；建库酶无法扩增尿嘧啶导致古DNA比例低估；未进行合金成分分析。

CONCLUSIONS

铜锈矿化骨齿不是理想的古DNA来源，其内源性DNA保存率与矿化程度呈负相关。建议考古采样时优先选择无矿化区域，并对矿化样本进行深度测序以获取可靠数据。未来需结合能谱分析（EDS）探究矿化组织的化学组成。