4000年前牙齒的基因秘密揭示了幾個世紀以來人類飲食變化的影響 _牙齒

Killuragh洞穴，愛爾蘭。來源：Sam Moore，所有者Marion Dowd 。
據都柏林三一學院：都柏林三一學院的研究人員從愛爾蘭石灰巖洞穴中發現的兩顆4000年前的牙齒中發現了保存完好的微生物群。對這些微生物組的基因分析揭示了從青銅時代到今天口腔微環境的重大變化。這兩顆牙齒都屬于同一名男性，也提供了他的口腔健康狀況。
這項研究是與大西洋科技大學和愛丁堡大學的考古學家合作進行的，發表在《分子生物學與進化》上。作者鑒定了幾種與牙齦疾病有關的細菌，并提供了第一個高質量的變形鏈球菌古代基因組，變形鏈球菌是蛀牙的罪魁禍首。
雖然變異鏈球菌在現代口腔中非常常見，但在古代基因組記錄中卻異常罕見。其中一個原因可能是該物種的產酸性質。這種酸會腐蝕牙齒，但也會破壞DNA并阻止牙菌斑石化。雖然大多數古老的口腔微生物群都是從牙菌斑化石中提取的，但這項研究直接針對牙齒。
變形鏈球菌在古代口腔中稀少的另一個原因可能是這種嗜糖物種缺乏有利的棲息地。在數千年前采用谷物農業后，考古記錄中可以看到蛀牙的增加，但只有在過去幾百年中，含糖食品才被引入大眾，蛀牙的數量才急劇增加。
這些采樣的牙齒是已故科克大學學院的彼得·伍德曼從利默里克郡基盧拉赫洞穴挖掘的更大骨骼組合的一部分。雖然洞穴中的其他牙齒顯示出嚴重的蛀牙，但采樣的牙齒上沒有可見的蛀牙。然而，一顆牙齒產生了前所未有的變異鏈球菌DNA，這是口腔微生物群落極度失衡的跡象。
三一學院遺傳學和微生物學學院助理教授、該研究的高級作者Lara Cassidy博士說：“我們非常驚訝地在這顆有4000年歷史的牙齒中看到如此大量的變異鏈球菌。” 。“這是一個非常罕見的發現，表明這名男子在去世前患蛀牙的風險很高。”
研究人員還發現，牙齒中幾乎沒有其他鏈球菌。這表明口腔生物膜的自然平衡已經被破壞——變異菌的競爭超過了其他鏈球菌，導致了疾病前的狀態。

古代DNA采樣之前的一顆牙齒的例子。請注意，這不是研究中采樣的牙齒。來源：Lara Cassidy博士，都柏林三一學院
該團隊還發現了支持“消失的微生物組”假說的證據，該假說認為現代微生物組的多樣性不如我們祖先。這令人擔憂，因為生物多樣性的喪失會影響人類健康。青銅時代的兩顆牙齒產生了高度分化的連翹單核菌菌株，這是一種與牙齦疾病有關的細菌。
三一學院的博士候選人、該研究的第一作者Iseult Jackson解釋道：“盡管現代樣本來自歐洲、日本和美國，但這些來自一個古老口腔的菌株在基因上比我們數據集中的任何一對現代菌株都有更大的差異。” 。“這代表著多樣性的重大損失，我們需要更好地理解這一點。”
從中世紀以前的口腔細菌中發現的完整基因組很少。通過表征史前的多樣性，作者能夠揭示自那以后口腔微環境的巨大變化。
卡西迪博士補充道，“在過去的750年里，連翹的單一譜系已經在世界范圍內占主導地位。這是自然選擇的一個信號，一種菌株由于其相對于其他菌株的某些遺傳優勢而頻率迅速上升。從工業時代起，連翹菌株含有許多新基因，有助于細菌在口腔中定植并致病。” 。
“變異鏈球菌最近也經歷了譜系擴張和致病性相關基因含量的變化。這與人類對糖的大規模消費相吻合，盡管我們確實發現現代變異鏈球菌種群仍然更加多樣化，變異鏈球菌進化樹中的深度分裂早于Killuragh基因組。”
科學家們認為，這是由形成這些物種基因組多樣性的進化機制的差異所驅動的。
卡西迪博士說：“變異鏈球菌非常善于在菌株之間交換遺傳物質。” 。“這意味著一種有利的創新可以像一項新技術一樣在變異鏈球菌譜系中傳播。這種輕松分享創新的能力可能解釋了為什么這個物種保留了許多不同的譜系，而沒有一個成為主導并取代所有其他譜系。”
事實上，從青銅時代到今天，這兩種致病細菌都發生了巨大的變化，但工業時代最近的文化轉型似乎產生了巨大的影響。