4000年前牙齿的基因秘密揭示了几个世纪以来人类饮食变化的影响 _牙齿

Killuragh洞穴，爱尔兰。来源：Sam Moore，所有者Marion Dowd 。
据都柏林三一学院：都柏林三一学院的研究人员从爱尔兰石灰岩洞穴中发现的两颗4000年前的牙齿中发现了保存完好的微生物群。对这些微生物组的基因分析揭示了从青铜时代到今天口腔微环境的重大变化。这两颗牙齿都属于同一名男性，也提供了他的口腔健康状况。
这项研究是与大西洋科技大学和爱丁堡大学的考古学家合作进行的，发表在《分子生物学与进化》上。作者鉴定了几种与牙龈疾病有关的细菌，并提供了第一个高质量的变形链球菌古代基因组，变形链球菌是蛀牙的罪魁祸首。
虽然变异链球菌在现代口腔中非常常见，但在古代基因组记录中却异常罕见。其中一个原因可能是该物种的产酸性质。这种酸会腐蚀牙齿，但也会破坏DNA并阻止牙菌斑石化。虽然大多数古老的口腔微生物群都是从牙菌斑化石中提取的，但这项研究直接针对牙齿。
变形链球菌在古代口腔中稀少的另一个原因可能是这种嗜糖物种缺乏有利的栖息地。在数千年前采用谷物农业后，考古记录中可以看到蛀牙的增加，但只有在过去几百年中，含糖食品才被引入大众，蛀牙的数量才急剧增加。
这些采样的牙齿是已故科克大学学院的彼得·伍德曼从利默里克郡基卢拉赫洞穴挖掘的更大骨骼组合的一部分。虽然洞穴中的其他牙齿显示出严重的蛀牙，但采样的牙齿上没有可见的蛀牙。然而，一颗牙齿产生了前所未有的变异链球菌DNA，这是口腔微生物群落极度失衡的迹象。
三一学院遗传学和微生物学学院助理教授、该研究的高级作者Lara Cassidy博士说：“我们非常惊讶地在这颗有4000年历史的牙齿中看到如此大量的变异链球菌。” 。“这是一个非常罕见的发现，表明这名男子在去世前患蛀牙的风险很高。”
研究人员还发现，牙齿中几乎没有其他链球菌。这表明口腔生物膜的自然平衡已经被破坏——变异菌的竞争超过了其他链球菌，导致了疾病前的状态。

古代DNA采样之前的一颗牙齿的例子。请注意，这不是研究中采样的牙齿。来源：Lara Cassidy博士，都柏林三一学院
该团队还发现了支持“消失的微生物组”假说的证据，该假说认为现代微生物组的多样性不如我们祖先。这令人担忧，因为生物多样性的丧失会影响人类健康。青铜时代的两颗牙齿产生了高度分化的连翘单核菌菌株，这是一种与牙龈疾病有关的细菌。
三一学院的博士候选人、该研究的第一作者Iseult Jackson解释道：“尽管现代样本来自欧洲、日本和美国，但这些来自一个古老口腔的菌株在基因上比我们数据集中的任何一对现代菌株都有更大的差异。” 。“这代表着多样性的重大损失，我们需要更好地理解这一点。”
从中世纪以前的口腔细菌中发现的完整基因组很少。通过表征史前的多样性，作者能够揭示自那以后口腔微环境的巨大变化。
卡西迪博士补充道，“在过去的750年里，连翘的单一谱系已经在世界范围内占主导地位。这是自然选择的一个信号，一种菌株由于其相对于其他菌株的某些遗传优势而频率迅速上升。从工业时代起，连翘菌株含有许多新基因，有助于细菌在口腔中定植并致病。” 。
“变异链球菌最近也经历了谱系扩张和致病性相关基因含量的变化。这与人类对糖的大规模消费相吻合，尽管我们确实发现现代变异链球菌种群仍然更加多样化，变异链球菌进化树中的深度分裂早于Killuragh基因组。”
科学家们认为，这是由形成这些物种基因组多样性的进化机制的差异所驱动的。
卡西迪博士说：“变异链球菌非常善于在菌株之间交换遗传物质。” 。“这意味着一种有利的创新可以像一项新技术一样在变异链球菌谱系中传播。这种轻松分享创新的能力可能解释了为什么这个物种保留了许多不同的谱系，而没有一个成为主导并取代所有其他谱系。”
事实上，从青铜时代到今天，这两种致病细菌都发生了巨大的变化，但工业时代最近的文化转型似乎产生了巨大的影响。