Генетични данни от зъби на 4000 години разкриват как е повлияла промяната в храненето на хората през вековете

Изследователи от Тринити колидж в Дъблин са възстановили забележително запазени микробиоми от два зъба, датиращи отпреди 4000 години, открити в ирландска варовикова пещера. Генетичните анализи на тези микробиоми разкриват големи промени в микросредата на устната кухина от бронзовата епоха до днес.

Зъбите са принадлежали на един и същ мъж и също така предоставят моментна снимка на оралното му здраве.

Изследването, проведено в сътрудничество с археолози от Атлантическия технологичен университет и Единбургския университет, е публикувано в Molecular Biology and Evolution. Авторите са идентифицирали няколко бактерии, свързани с болестите на венците, и са предоставили първия висококачествен древен геном на бактерията Streptococcus mutans - главният виновник за кариеса.

Докато S. mutans се среща много често в устата на съвременните хора, тази бактерия е изключително рядка в древните геномни записи. Една от причините за това може да бъде киселинно-продуктивният характер на вида. Тази киселина разгражда зъба, но също така разрушава ДНК и спира вкаменяването на плаката. Въпреки че повечето древни орални микробиоми се извличат от фосилизирана плака, това изследване е насочено директно към зъба.

Друга причина за оскъдността на S. mutans в древните устни може да е липсата на благоприятна среда за този захаролюбив вид.

В археологическите данни се наблюдава увеличаване на броя на зъбните кариеси след разпространението на отглеждането на зърнени култури преди хиляди години, но много по-драстично увеличение е настъпило едва през последните няколкостотин години, когато сладките храни са станали масово постъпни.

Взетите проби от зъби са част от по-голяма скелетна група, изкопана от пещерата Килураг, графство Лимерик. Макар други зъби от пещерата да показват напреднал зъбен кариес, в новите проби не се виждат кухини. Затова пък, един  от зъбите произвежда безпрецедентно количество ДНК на S. mutans, знак за изключителен дисбаланс в оралната микробна общност.

"Бяхме много изненадани да видим такова голямо изобилие от S. mutans в този 4000-годишен зъб", каза д-р Лара Касиди (Lara Cassidy), асистент професор във Факултета по генетика и микробиология на Тринити и старши автор на изследването. "Това е забележително рядка находка и предполага, че този човек е бил изложен на висок риск от развитие на кариес точно преди смъртта си."

Пещерата Килураг, Ирландия. Кредит: Sam Moore, Owner Marion Dowd.

Изследователите установяват и че други стрептококови видове практически липсват в зъба. Това показва, че естественият баланс на оралния биофилм е бил нарушен - S. mutans са изпреварили другите стрептококи, което води до предболестно състояние.

Екипът също така намира доказателства в подкрепа на хипотезата за "изчезващи микробиоми", която предполага, че съвременните микробиоми са по-малко разнообразни от тези на нашите предци. Това е причина за безпокойство, тъй като загубата на биоразнообразие може да повлияе на човешкото здраве.

Двата зъба от бронзовата епоха произвеждат силно различни щамове на Tannerella forsythia, бактерия, замесена в заболяване на венците.

"Тези щамове от една единствена древна уста са генетично много по-различни един от друг, отколкото която и да е двойка съвременни щамове в нашия набор от данни, въпреки че разполагаме със съвременните проби, произлизащи от Европа, Япония и САЩ", обяснява доктор Изулт Джаксън (Iseult Jackson) в Тринити и първи автор на изследването. "Това представлява голяма загуба в разнообразието и трябва да ги проучим по-добре."

Зъб преди вземането на древна ДНК проба. Това не е зъбът, взет в изследването. Кредит: Dr. Lara Cassidy, Trinity College Dublin

Много малко пълни геноми от орални бактерии са възстановени отпреди Средновековието. Като характеризират праисторическото разнообразие, авторите успяват да разкрият драматични промени в оралната микросреда, настъпили оттогава.

"През последните 750 години една-единствена линия на T. forsythia е станала доминираща в световен мащаб. Това е издайническият знак за естествен подбор, при който честотата на един щам нараства бързо поради някакво генетично предимство, което притежава пред останалите Щамовете T. forsythia от индустриалната ера нататък съдържат много нови гени, които помагат на бактериите да колонизират устата и да причинят заболяване", добавя д-р Касиди.

"S. mutans също претърпява в последните векове разширения на генетичната линия и промени в генното съдържание, свързани с патогенността. Те съвпадат с масовата консумация на захар от човечеството, въпреки че открихме, че съвременните популации на S. mutans са останали по-разнообразни, с дълбоки разлики между различните клони на еволюционно дърво на S. mutans, датиращо преди Килурагатския геном."

Учените смятат, че това се дължи на разликите в еволюционните механизми, които оформят геномното разнообразие при тези видове.

"Бактерията S. mutans е много умела в размяната на генетичен материал между щамовете", отбелязва д-р Касиди. "Това означава, че една изгодна иновация може да бъде разпространена в генетичните линии на S. mutans като нова част от технологията. Тази способност за лесно споделяне на иновации може да обясни защо този вид запазва много различни линии, без една да стане доминираща и да замени всички останали."

Всъщност и двете бактерии, причиняващи болести, са се променили драматично от бронзовата епоха до днес, но изглежда, че съвсем скорошните културни преходи в индустриалната ера са имали силно въздействие.

Справка: Iseult Jackson et al, Ancient genomes from Bronze Age remains reveal deep diversity and recent adaptive episodes for human oral pathobionts, Molecular Biology and Evolution (2024). DOI: 10.1093/molbev/msae017 , academic.oup.com/mbe/article-l … .1093/molbev/msae017

Източник: Genetic secrets from 4,000-year-old teeth illuminate the impact of changing human diets over the centuries, Trinity College Dublin

Още по темата

13/11/2023

Човекът

Жена от медната епоха е преживяла две операции на черепа преди 4500 години

12/06/2023

Медицина

Открит е нов вид бактерия, ускоряваща появата на кариес

08/02/2022

Физика

Създаден е здрав синтетичен емайл, подобен на естественото покритие на зъбите

07/02/2020

Човекът

Мистериозен скелет, открит в пещера, носи нови доказателства за заселването на Америка