L’imagerie nanoscopique aide à comprendre la préservation des protéines et des tissus dans les os anciens

Une étude pilote de l’Université d’État de Caroline du Nord montre que l’imagerie nanoscopique 3D d’os anciens non seulement fournit un aperçu plus approfondi des changements subis par les tissus mous au cours de la fossilisation, mais qu’elle a également le potentiel d’être un moyen rapide et pratique de déterminer quels spécimens sont susceptibles d’être candidats à la préservation de séquences d’ADN et de protéines anciennes. L’étude apparaît dans iScience.

« Les paléontologues étudient les os fossilisés depuis des siècles, mais nous ne comprenons toujours pas complètement le processus de fossilisation des tissus mous organiques des os, comme les protéines de collagène ou les vaisseaux sanguins, et comment ils se conservent sur de longues périodes de temps », explique Landon Anderson, étudiant diplômé de l’État de Caroline du Nord et auteur de la recherche.

« J’ai utilisé une approche d’imagerie nanoscopique pour comparer les os modernes et les os de la période glaciaire, comme méthode pour potentiellement mieux comprendre les changements que subissent les protéines de collagène et les vaisseaux sanguins au cours de la fossilisation. »

Anderson a comparé de petits échantillons d’os de pattes de vaches, d’alligators et d’autruches modernes à ceux de mammouths laineux, de bisons des steppes, de rennes et de chevaux de l’époque du Pléistocène. Les échantillons du Pléistocène ont tous été récupérés dans le pergélisol ancien et dégelé du territoire du Yukon au Canada.

L’application d’une solution acide diluée aux échantillons a dissous la partie minérale des os, laissant derrière elle leurs structures protéiques de collagène sous-jacentes. En utilisant la microscopie électronique à balayage (MEB) jusqu’à un grossissement de 150 000x, Anderson a pu imager les fibrilles de protéines de collagène et les vaisseaux sanguins dans les échantillons d’os déminéralisés.

Anderson a scanné les surfaces des structures imagées à l’aide de la spectrométrie de masse à ionisation secondaire à temps de vol (ToF-SIMS), qui a identifié les signatures chimiques présentes dans les structures et a contribué à confirmer qu’il s’agissait de protéines de collagène et de vaisseaux sanguins.

« Les données d’imagerie et la simulation ToF-SIMS ont montré que les échantillons de l’ère glaciaire sont toujours constitués de tissu osseux original, non fossilisé. Ce sont des subfossiles qui conservent encore une grande partie de leur tissu organique et de leurs protéines d’origine, non altérés, comme les os modernes », explique Anderson. « L’idée sous-jacente de cette étude pilote est que cette approche nanoscopique pourrait être utilisée sur des os de l’ensemble des fossiles pour mieux comprendre les changements chimiques et structurels qui se produisent dans les tissus organiques pendant la fossilisation. »

Cette technique pourrait également potentiellement être utilisée comme un outil de sélection d’échantillons osseux anciens pour la préservation de l’ADN et des séquences protéiques.

« L’imagerie au microscope électronique permet de visualiser directement les fibrilles de collagène nanoscopiques de l’os, qui sont essentiellement des faisceaux de molécules de protéines de collagène », explique Anderson.

« La protéine de collagène est robuste, donc pour un spécimen d’os ancien dépourvu de ces fibrilles, si elles ont été dégradées, il est également peu probable qu’il y ait de l’ADN récupérable présent dans l’échantillon et la teneur en protéines serait réduite, au minimum. Cette technique pourrait être une première étape pratique pour sélectionner des spécimens candidats à une analyse moléculaire plus approfondie. »