Sinds mensenheugenis is het crèmekleurige en delicaat glanzende ivoor een bijzonder gewild materiaal om te bewerken tot prestigeobjecten. Strikt genomen verwijst de term naar materiaal afkomstig van slagtanden, maar het wordt ook gebruikt voor tanden van bijvoorbeeld nijlpaarden en potvissen. Vaak is onbekend van welk type ivoor een object is gemaakt, of zelfs of het gaat om ivoor of bot. De bruikbaarheid van betrouwbaarheid van de beschikbare analysetechniek varieert. DNA-analyse levert de meest complete en betrouwbare resultaten, maar vraagt relatief veel materiaal en bovendien degenereert DNA snel. Dat maakt deze methode slechts beperkt inzetbaar voor oude en kwetsbare museumobjecten.  

(Lees verder onder de foto)

Eiwitanalyse zou in dit geval wel eens een uitkomst kunnen bieden. Tand- en botmateriaal bestaat immers voor een groot deel uit eiwitten, in het bijzonder collageen type I, die ingekapseld zijn door een harde minerale matrix en daardoor langer bewaard blijven dan DNA. Maar hoe klein kunnen de monsters zijn waarmee je een bruikbaar resultaat verkrijgt en toch geen noemenswaardige sporen van de monstername achterlaat op het object? Onderzoekers van de Universiteit van Bordeaux, van het laboratorium van Caroline Tokarski en het Bordeaux Proteome platform, pakten in samenwerking met The Metropolitan Museum of Art in New York die vraag op en publiceerden de resultaten onlangs in Science Advances. Van zestien objecten uit de collectie van het museum, van enkele honderden tot enkele duizenden jaren oud, namen zij monsters met behulp van schuurpapiertjes met microscopisch kleine diamantkorrels.  

Nanogrammen 

Het team gebruikte LC-MS (vloeistofchromatografie-massaspectrometrie) om de peptiden in de monsters te scheiden en de aminozuursequenties te bepalen. Dat is de sleutel tot identificatie, want een variatie van slechts één aminozuur kan het taxonomische verschil bepalen tussen soorten, geslachten of families. De extreem kleine monsters die werden genomen bij twee tot drie keer schuren op dezelfde plek – met enkele nanogrammen groot praktisch onmeetbaar – waren voldoende om zo’n zeventig procent van de eiwitsequenties te achterhalen.

‘Er is sprake van grote innovatie wat betreft de monstername en -verwerking’

Sebastiaan Van Nuffel  

Sebastiaan Van Nuffel, universitair docent bij de Universiteit Maastricht en gespecialiseerd in beeldvormende massaspectrometrie, is eveneens betrokken bij onderzoek naar cultureel erfgoed. Hij is zeer onder de indruk van de resultaten. ‘Er is sprake van grote innovatie wat betreft de monstername en -verwerking, waardoor er maar zo weinig materiaal nodig is. Ik was positief verrast dat ondanks de ouderdom van het materiaal er nog voldoende eiwitten aanwezig zijn, en dat die kunnen leiden tot een positieve taxonomische identificatie.’ Op basis van hun analyses konden de onderzoekers negen van de zestien objecten aan een taxonomische groep toeschrijven. 

Zo bleken toetsen van een virginaal uit 1622 te bestaan uit bot van dieren van het geslacht Bos, waartoe bijvoorbeeld runderen behoren. Een dertiende-eeuws Scandinavisch ivoren schaakstuk en een Hawaiiaanse hanger uit de achttiende of negentiende eeuw waren te herleiden tot Physeter macrocephalus, beter bekend als de potvis. Een ceremonieel zadel uit het begin van de vijftiende eeuw bleek samengesteld uit botmateriaal van het geslacht Bos en van de Cervidiae-familie, ofwel de hertachtigen. Het bleek niet altijd mogelijk om de determinering nog (soort)specifieker te maken. Veel soorten hebben simpelweg te veel overlap in aminozuursequenties, of de openbaar beschikbare databases bevatten sequenties voor slechts een handjevol soorten. Zo staan in de database van het National Center for Biotechnology Information sequenties van slechts zes van de 251 Cervidiae-leden.

Olifant vs. nijlpaard 

Soms bleken databases zelfs helemaal ontoereikend. Ivoor uit het oude Egypte is gewoonlijk slagtand van de Afrikaanse olifant (Loxodonta africana) of tanden van het nijlpaard (Hippopotamus amphibius). Maar betrouwbare informatie om een goed onderscheid te kunnen maken ontbrak. De onderzoekers bouwden voor hun analyses daarom een eigen database met monsters van de collectie van het American Museum of Natural History in New York.   

‘Leucine en isoleucine gooiden alles overhoop’

Julie Arslanoglu 

De Afrikaanse olifant en het nijlpaard hadden daarnaast nog andere uitdagingen in petto. Julie Arslanoglu, onderzoeker bij The Metropolitan Museum of Art en mede-projectleider, legt uit: ‘Op verschillende plekken bleken de aminozuren leucine en isoleucine het cruciale verschil te maken. Dat gooide alles overhoop: leucine en isoleucine hebben verschillende chemische structuren, maar dezelfde moleculaire massa. Was ons referentiemateriaal te vertrouwen? Hier was het nodig een extra fragmentatiestap met massaspectrometrie uit te voeren. Beide aminozuren verliezen door die extra stap een zijketen, maar daarvan is de karakteristieke massa verschillend en meetbaar. Het is een ontzettend kleine verschuiving, maar wel een absolute.’  

’Dit geeft goede hoop voor ons onderzoek naar eiwitidentificatie in verflagen’ 

Sebastiaan Van Nuffel 

Vervuiling  

Een Egyptisch beeldje van een Aziatische krijgsgevangene (ca. 1295–1070 voor Christus) zorgde voor een verrassing: na visuele inspectie was dat als ivoor bestempeld, en de verwachting was dat analyse zou wijzen naar nijlpaard. Maar het monster bleek op basis van 67 karakteristieke peptiden te bestaan uit collageen van het geslacht Bos. Mogelijk hebben restauratoren in het verleden een breuk in het beeldje behandeld met dierlijke lijm, die het monster heeft vervuild. Op basis van de hoeveelheid en aard van chemische modificaties in de peptiden zou je zulke latere toevoegingen uiteindelijk moeten kunnen onderscheiden van het originele, antieke materiaal.  

Volgens Van Nuffel opent het onderzoek nieuwe deuren binnen het erfgoedonderzoek. ‘De identificatie van proteïnen bleef tot nu toe een beetje achter. Het lijkt er eindelijk op dat we dit goed kunnen gaan onderzoeken en dat geeft bijvoorbeeld goede hoop voor ons onderzoek naar eiwitidentificatie in verflagen.’ Arslanoglu is eveneens enthousiast. ‘We kunnen nu een heel nieuw deel van de collectie onderzoeken, wat eerder eigenlijk onmogelijk was. We hebben interessante vragen nodig waarbij het onderscheid belangrijk is en nieuwe informatie kan leveren over de objecten. Het is een methode die van belang is voor archeologen, voor zoölogen, voor natuurhistorische musea: dit onderzoek stimuleert allerlei nieuwe samenwerkingen.’