Исследователи из Тринити-колледжа в Дублине восстановили удивительно сохранившиеся микробиомы двух зубов возрастом 4000 лет, найденных в ирландской известняковой пещере. Генетический анализ этих микроорганизмов выявляет серьезные изменения в микросреде полости рта с бронзового века до наших дней. Оба зуба принадлежали одному и тому же мужчине.
Исследование, проведенное в сотрудничестве с археологами из Атлантического технологического университета и Эдинбургского университета, было опубликовано в журнале Molecular Biology and Evolution . Авторы идентифицировали несколько бактерий, связанных с заболеваниями десен, и предоставили первый высококачественный древний геном Streptococcus mutans, главного виновника кариеса зубов.
Хотя S. mutans очень распространен в современных ртах, он исключительно редок в древней геномной летописи. Одной из причин этого может быть кислотообразующая природа вида. Эта кислота разрушает зуб, но также разрушает ДНК и останавливает окаменение зубного налета. В то время как большинство древних микробов полости рта извлекаются из окаменелого зубного налета, это исследование было направлено непосредственно на зуб.
Другой причиной малочисленности S. mutans может быть отсутствие благоприятных местообитаний для этого сахаролюбивого вида. В археологических данных наблюдается рост числа случаев кариеса после того, как тысячи лет назад началось выращивание зерновых, но гораздо более резкий рост произошел только в последние несколько сотен лет, когда сладкие продукты стали доступны массам.
Отобранные зубы были частью более крупного комплекса скелетов, раскопанного в пещере Киллура в графстве Лимерик покойным Питером Вудманом из Университетского колледжа Корка. В то время как на других зубах в пещере наблюдался прогрессирующий кариес, на взятых образцах кариеса не было видно. Однако один зуб произвел беспрецедентное количество ДНК S. mutans , что является признаком крайнего дисбаланса в микробном сообществе полости рта.
Исследователи также обнаружили, что другие виды стрептококков практически отсутствовали в зубе. Это указывает на то, что естественный баланс ротовой биопленки был нарушен — mutans вытеснили другие стрептококки, что привело к состоянию, предшествующему заболеванию.
Команда также нашла доказательства в поддержку гипотезы «исчезновения микробиома», которая предполагает, что современные микробы менее разнообразны, чем у наших предков. Это вызывает беспокойство, поскольку утрата биоразнообразия может повлиять на здоровье человека. Два зуба 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, полученные из Европы, Японии и США», — объяснила Исеулт Джексон, кандидат наук в Тринити, и первый автор исследования. «Это представляет собой серьезную потерю разнообразия, которую нам необходимо лучше понять».
До Средневековья было обнаружено очень мало полных геномов бактерий полости рта. Охарактеризовав доисторическое разнообразие, авторы смогли выявить изменения в микросреде полости рта, произошедшие с тех пор.
Доктор Кэссиди добавил: «За последние 750 лет во всем мире доминирует одна линия T. forsythia . Это явный признак естественного отбора, когда частота одного штамма быстро растет из-за некоторого генетического преимущества, которое он имеет над другими. Штаммы T. forsythia , появившиеся в индустриальную эпоху, содержат много новых генов, которые помогают бактериям колонизировать ротовую полость и вызывать заболевания».
«S. mutans также претерпел недавние расширения линий и изменения в содержании генов, связанных с патогенностью. Они совпадают с массовым потреблением сахара человечеством, хотя мы обнаружили, что современные популяции S. mutans остаются более разнообразными, с глубокими расколами в эволюционном дереве S. mutans , предшествующими геному Киллураха».
Ученые полагают, что это обусловлено различиями в эволюционных механизмах, формирующих разнообразие генома у этих видов.
«S. mutans очень искусен в обмене генетическим материалом между штаммами», — сказал доктор Кэссиди. «Это означает, что выгодная инновация может распространяться по всем линиям S. mutans как новая технология. Эта способность легко делиться инновациями может объяснить, почему этот вид сохраняет множество различных линий, не становясь при этом доминирующей и не заменяя все остальные».
По сути, обе эти болезнетворные бактерии кардинально изменились с бронзового века до наших дней, но, похоже, недавние культурные изменения в индустриальную эпоху оказали чрезмерное влияние.