Исследователи из Тринити-колледжа в Дублине восстановили удивительно сохранившиеся микробиомы двух зубов возрастом 4000 лет, найденных в ирландской известняковой пещере. Генетический анализ этих микробиомов выявляет серьезные изменения в микросреде полости рта с бронзового века до наших дней. Оба зуба принадлежали одному и тому же мужчине и также давали представление о состоянии его полости рта.

Исследование, проведенное в сотрудничестве с археологами из Атлантического технологического университета и Эдинбургского университета, 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 .

Хотя S. mutans очень распространен во рту современных людей, в древних геномных записях он встречается исключительно редко. Одной из причин этого может быть кислотообразующая природа этого вида. Эта кислота разрушает зуб, но также разрушает ДНК и предотвращает окаменение зубного налета. Хотя большинство древних микробиомов полости рта извлекаются из окаменелых бляшек, это исследование было нацелено непосредственно на зубы.

Другой причиной малочисленности S. mutans в древних устьях 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 были представлены массам.

Отобранные зубы были частью более крупного комплекса скелетов, раскопанного в пещере Киллура в графстве Лимерик покойным Питером Вудманом из Университетского колледжа Корка. Хотя 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.

«Мы были очень удивлены, увидев такое большое количество S. mutans в этом 4000-летнем зубе», — сказала доктор Лара Кэссиди, доцент Школы генетики и микробиологии Тринити и старший автор исследования. «Это чрезвычайно редкая находка, и она позволяет предположить, что прямо перед смертью у этого человека был высокий риск развития кариеса».

Исследователи также обнаружили, что другие виды стрептококков практически отсутствуют в зубе. Это указывает на то, что естественный баланс биопленки полости рта был нарушен — mutans вытеснили другие стрептококки, что привело к предболезненному состоянию.

Команда также нашла доказательства в поддержку гипотезы «исчезновения микробиома», которая предполагает, что современные микробиомы 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, доктор философии. кандидат в Тринити и первый автор исследования. «Это представляет собой серьезную потерю разнообразия, которую нам необходимо лучше понять».

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

Доктор Кэссиди добавил: «За последние 750 лет одна линия T. forsythia стала доминирующей во всем мире. Это явный признак естественного отбора, когда частота одного штамма быстро возрастает из-за некоторого генетического преимущества, которое он имеет над другими. 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 составе генов, связанные с патогенностью. Это совпадает с массовым потреблением сахара человечеством, хотя мы обнаружили, что современные популяции S. mutans остались более разнообразными, с глубоким расколом в S. mutans. mutans, эволюционное древо, предшествовавшее геному Киллурага».

Ученые считают, что это вызвано 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 выгодная инновация может быть распространена по линиям S. mutans, как новая технология. Эта способность легко обмениваться инновациями может объяснить, почему этот вид сохраняет множество разнообразных линий, при этом ни одна из них не становится доминирующей и не заменяет 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.