Новая статья в журнале Molecular Biology and Evolution рассказывает о хорошо сохранившихся микробиомах двух зубов возрастом 4 000 лет, найденных в известняковой пещере в Ирландии. Они содержали бактерии, вызывающие заболевания десен, а также первый высококачественный древний геном S. Mutans – бактерии, обитающей в полости рта и являющейся одной из основных причин кариеса, сообщает научное издание EurekAlert!.
Эти открытия позволили исследователям оценить влияние прошлых изменений в рационе питания на микробиом полости рта на протяжении тысячелетий, включая значительные перемены, совпавшие с популяризацией сахара и индустриализацией. Зубы, полученные от одного и того же человека бронзового века, также позволили сделать снимок состояния полости рта в прошлом, причем один зуб показал признаки дисбиоза микробиома.
Микробная ДНК, извлеченная из зубов древних людей, может дать информацию об эволюции микробиома полости рта. Чем рот наших предков отличался от нашего и почему? Прекрасная сохранность ДНК в окаменевшем зубном налете сделала ротовую полость одним из наиболее изученных аспектов тела древнего человека. Однако ученые извлекли очень мало полных геномов из бактерий полости рта до эпохи Средневековья. Археологи имеют ограниченные знания о доисторическом бактериальном разнообразии и влиянии недавних изменений в питании по сравнению с древними, такими как распространение земледелия, начавшееся около 10 тысяч лет назад.
S. mutans является основной причиной кариеса, которая распространена в микробиомах полости рта. Однако в древних геномных записях она встречается крайне редко. Одной из причин этого может быть ее кислотопродуцирующая природа – эта кислота вызывает кариес, а также разрушает ДНК и препятствует минерализации зубного налета. Отсутствие ДНК S. mutans в древних ртах может также отражать менее благоприятную среду обитания для этого вида на протяжении большей части истории человечества. Археологи отмечают рост числа зубных полостей в скелетных останках после перехода к зерновому земледелию, но кариес становится гораздо более распространенным в ранний современный период, начиная примерно с 1500 года нашей эры.
Исследованные зубы находились среди большого количества скелетных останков, выкопанных из известняковой пещеры в Киллураге, графство Лимерик. В то время как на других зубах в пещере был обнаружен прогрессирующий кариес, на образцах не было никаких его признаков. Тем не менее, один корень зуба дал беспрецедентное количество последовательностей S. mutans. «Это удивительно редкая находка, она позволяет предположить, что этот человек подвергался высокому риску развития кариеса прямо перед своей смертью», – говорит Лара Кэссиди, старший автор исследования.
Прохладные, сухие и щелочные условия пещеры, возможно, способствовали исключительной сохранности ДНК S. mutans, но его высокая численность также указывает на дисбактериоз. Исследователи обнаружили, что в то время как ДНК S. mutans был в изобилии, другие виды стрептококков практически отсутствовали в образце зуба. Это означает, что естественный баланс ротовой биопленки был нарушен, что привело к предболезненному состоянию.
Исследование подтверждает гипотезу «исчезающего микробиома», согласно которой микробиомы наших предков были более разнообразными, чем современные. Наряду с геномом S. mutans авторы реконструировали два генома T. forsythia – бактерии, вызывающей заболевания десен, – и обнаружили, что они сильно отличаются друг от друга, что предполагает гораздо более высокий уровень разнообразия штаммов в доисторических популяциях. Это интересно, поскольку утрата биоразнообразия может негативно сказаться на состоянии ротовой полости и здоровье человека.
Реконструированные геномы T. forsythia и S. mutans выявили резкие изменения в микросреде полости рта за последние 750 лет. В последние столетия одна линия T. forsythia стала доминирующей в глобальных популяциях. Это признак селективного эпизода – когда один штамм быстро увеличивает свою частоту благодаря генетическому преимуществу. Исследователи обнаружили, что постиндустриальные геномы T. forsythia приобрели множество новых генов, которые помогают бактерии колонизировать полость рта и вызывать заболевания.
«S. mutans очень хорошо умеет обмениваться генетическим материалом между штаммами. Это позволяет выгодному новшеству распространяться между линиями, а не одной линии становиться доминирующей и вытеснять все остальные», – пояснили ученые.
По сути, обе эти болезнетворные бактерии претерпели значительные изменения с бронзового века до наших дней, но, судя по всему, наибольшее влияние оказали совсем недавние культурные перемены, такие как употребление сахара.
[Фото: Sam Moore and Marion Dowd/Molecular Biology and Evolution]