Зъбният камък запазва ДНК в продължение на хилядолетия, предоставяйки неизвестни досега данни за биоразнообразието и функционалните способности на древните микроби.
© Werner Siemens Foundation/Felix WeyПроучването, публикувано в Science, използва зъбна плака от древни и съвременни хора, за да изследва еволюцията на микробите в устата.
Всеки човек има свой собствен орален микробиом - набор от стотици видове микроскопични организми, които колонизират устата ни. Със стотици различни видове микроорганизми, оралният микробиом е огромен и разнообразен, и варира в зависимост от средата, в която човек живее.
За да изследва древната човешка устна микробиома, Кристина Уоринер, биомолекулярна археоложка в Харвардския университет, изобретява нови техники за анализиране на праисторическа вкаменена човешка зъбна плака (зъбен камък). „Зъбният камък е единствената част от тялото ви, която редовно се вкаменява, докато сте още живи“, казва тя за Live Science. Но също така, зъбният камък има най-високата концентрация на древна ДНК от всяка друга част от древен скелет.
Само с няколко милиграма зъбен камък, Уоринер може да изолира милиарди къси ДНК фрагменти от стотици видове, смесени заедно, след което да събере тези фрагменти отново заедно, за да идентифицира известни видове. Но изучаването на древни останки поставя допълнително препятствие: ДНК, открита в зъбния камък на изчезнали хора, може да е от микроби, които също са изчезнали.
В новото си проучване Уоринер и нейните колеги анализират зъбен камък от 12 неандерталци (един от нашите най-близки изчезнали човешки роднини), 34 други древни хора и 18 съвременни човека, живели отпреди 100 000 години до днес в Европа и Африка. Те секвенират над 10 милиарда ДНК фрагменти и ги сглобяват отново в 459 бактериални генома, около 75% от които картографирани към известни бактерии в устата.
След това изследователите се фокусират върху два вида от род бактерии, наречен Chlorobium, открити в седем индивида от ерата на горния плейстоцен (преди 126 000 до 11 700 години). Неизвестният вид не съвпада точно с нито един известен вид, но е близък до C. limicola, който се среща във водоизточници, свързани с пещерни среди.
Вероятно "тези хора, които са живели в тези среди, свързани с пещери, са го получили с питейната вода", казва Уоринер.
Тези видове Chlorobium почти изцяло липсват в зъбния камък при хора, живели през последните 10 000 години. Между горния плейстоцен и холоцена (преди 11 700 години до днес), за период от около 100 000 години, хората последователно са живели в пещери, опитомили са животни, изобретили са пластмаси от XXI век - всички те имат свои собствени отделни бактериални колонии. Промените в честотата на Chlorobium изглежда са успоредни на промените в начина на живот на нашите предци.
В днешно време микробиомите в устата на хората са драстично различни. „С интензивното четкане на зъбите бактериите в устата вече се поддържат на ниски нива“, казва Уоринер. „Приемаме за даденост, че радикално сме променили видовете живот, с които взаимодействаме.“
Екипът анализира и така наречените биосинтетични генни клъстери (BGC) или генни групи, необходими за създаването на специфично съединение, с цел да определи какви ензими произвеждат видовете Chlorobium. Чрез изолиране и разбиране на такива BGC учените биха могли да разработят нови лекарства.
Когато се вмъкнат в живи бактерии, Chlorobium BGC произвеждат два нови ензима, които може да са изиграли роля във фотосинтезата. Новите техники могат един ден да доведат до нови антибиотици, казва Уоринер.
„Бактериите са източникът на практически всички наши антибиотици –но не сме открили никакви нови основни класове антибиотици през последните няколко години и вече сме на изчерпване“, казва Уоринер. „Тези методи ни дават възможност да търсим потенциални BGC, произвеждали естествени антибиотици в миналото.“