Генетические секреты 4000-летних зубов подчеркивают влияние изменения рациона человека на протяжении веков

Исследователи из Тринити-колледжа в Дублине восстановили прекрасно сохранившиеся микробиомы из двух зубов возрастом 4000 лет, найденных в ирландской известняковой пещере. Генетический анализ этих микробов выявил серьезные изменения в микросреде полости рта с бронзового века до наших дней. Зубы принадлежат одному и тому же мужчине и также дают представление о состоянии его полости рта.

Исследование, проведенное в сотрудничестве с археологами из Технологического университета Атлантики и Эдинбургского университета, опубликовано в Молекулярная биология и эволюция. Исследователи идентифицировали несколько бактерий, вызывающих заболевания десен, и представили первый высококачественный древний геном Streptococcus mutans, ответственного главным образом за кариес.

Хотя S. mutans очень распространен во рту современных людей, в древних геномных записях он встречается очень редко. Одной из причин этого может быть кислотообразующая природа этих видов. Эта кислота вызывает кариес, но она также разрушает ДНК и предотвращает затвердевание зубного налета. Хотя большинство древних микробов полости рта извлекаются из окаменелого зубного налета, данное исследование было нацелено непосредственно на зубы.

Другой причиной редкости S. mutans в древних устьях может быть отсутствие подходящей среды обитания для этого сахаролюбивого вида. Небольшое увеличение количества кариеса зубов отмечено в археологических данных после того, как тысячи лет назад было освоено зерновое земледелие, но наиболее резкое увеличение произошло только в последние несколько сотен лет, когда в массы были введены сладкие продукты.

Отобранные зубы были частью более крупного комплекса скелетов, раскопанного в пещере Килора, графство Лимерик, покойным Питером Вудманом из Университетского колледжа Корка. В то время как на других зубах в пещере наблюдался запущенный кариес, на образцах зубов кариеса не наблюдалось. Однако один зуб произвел беспрецедентное количество ДНК S. mutans, что является признаком серьезного дисбаланса в микробном сообществе полости рта.

«Мы были очень удивлены, увидев такую ​​высокую численность S. mutans в этом 4000-летнем возрасте», — сказала доктор Лара Кэссиди, доцент Тринити-колледжа генетики и микробиологии и старший автор исследования. «Это чрезвычайно редкая находка, которая указывает на то, что у этого человека непосредственно перед смертью был высокий риск развития кариеса».

Исследователи также обнаружили, что другие виды стрептококков практически отсутствуют на зубах. Это говорит о том, что нормальный баланс биопленок полости рта нарушен, поскольку мутанты вытесняют другие стрептококки, что приводит к предпатологическому состоянию.

Команда также нашла доказательства, подтверждающие гипотезу «исчезновения микробиома», которая предполагает, что современные микробиомы менее разнообразны, чем у наших предков. Это повод для беспокойства, поскольку утрата биоразнообразия может повлиять на здоровье человека. Зубы бронзового века дали сильно различающиеся штаммы Tannerella forsythia, бактерии, вызывающей заболевания десен.

«Эти штаммы из одного древнего рта генетически более отличались друг от друга, чем любая пара современных штаммов в нашем наборе данных, несмотря на современные образцы, взятые из Европы, Японии и США», — объяснила Исеулт Джексон, доктор философии. кандидат в Тринити и первый автор исследования. «Это представляет собой значительную потерю разнообразия, и нам нужно лучше ее понять».

У бактерий полости рта, существовавших до средневековья, было обнаружено очень мало полных геномов. Охарактеризовав доисторическое разнообразие, авторы смогли выявить драматические изменения в микросреде полости рта, произошедшие с тех пор.

Доктор Кэссиди добавил: «За последние 750 лет один штамм T. forsythia стал доминирующим во всем мире. Это явный признак естественного отбора, когда частота одного штамма быстро возрастает из-за некоторого генетического преимущества, которое он имеет перед другими штаммами. .» «. Штаммы T. forsythia, появившиеся в индустриальную эпоху, содержат множество новых генов, которые помогают бактериям колонизировать ротовую полость и вызывать заболевания.

«S. mutans также претерпела недавнее расширение линии и изменения в содержании генов, связанные с патогенностью. Это совпадает с массовым потреблением человеком сахара, хотя мы обнаруживаем, что современные популяции S. mutans остались более разнообразными, с глубоким расколом в S. mutans. «Эволюционный мутант, предшествовавший геному Киллрага».

Ученые считают, что это связано с различиями в эволюционных механизмах, которые формируют разнообразие генома у этих видов.

«S. mutans очень хорошо умеет обмениваться генетическим материалом между штаммами», — сказал доктор Кэссиди. «Это означает, что полезная инновация может распространяться по линиям S. mutans, как новая технология. Эта способность легко делиться инновациями может объяснить, почему эти виды поддерживают так много разнообразных линий, при этом ни одна из них не становится доминирующей и не вытесняет все остальные».

Фактически, эти две болезнетворные бактерии кардинально изменились с бронзового века до наших дней, но самые недавние культурные сдвиги индустриальной эпохи, похоже, оказали чрезмерное влияние.