Killuragh Cave, Ireland.
© Sam Moore, Owner Marion Dowd.Špilja Killuragh, Irska
Istraživači s Trinity Collegea u Dublinu otkrili su nevjerojatno očuvane mikrobiome iz dva zuba stara 4.000 godina, pronađenih u irskoj vapnenačkoj špilji. Genetske analize ovih mikrobioma otkrivaju velike promjene u oralnom mikrookruženju od brončanog doba do danas. Oba zuba pripadala su istoj muškoj osobi i također su pružili snimku njegovog oralnog zdravlja.

Studija, provedena u suradnji s arheolozima s Atlantskog tehnološkog sveučilišta i Sveučilišta u Edinburghu, objavljena je u časopisu Molecular Biology and Evolution. Autori su identificirali nekoliko bakterija povezanih s bolestima desni i pružili prvi visokokvalitetni drevni genom Streptococcus mutans, glavnog krivca za karijes.

Dok je S. mutans vrlo čest u modernim ustima, iznimno je rijedak u drevnom genomskom zapisu. Jedan od razloga za to može biti priroda vrste koja proizvodi kiselinu. Ta kiselina kvari zub, ali i uništava DNK i sprječava fosilizaciju plaka. Dok se većina drevnih oralnih mikrobioma izvlači iz fosiliziranog plaka, ova je studija bila usmjerena izravno na zub.

Drugi razlog za oskudicu S. mutans u drevnim ustima mogao bi biti nedostatak povoljnih staništa za ovu vrstu koja voli šećer. Porast zubnog karijesa vidljiv je u arheološkim zapisima nakon usvajanja poljoprivrede žitarica prije više tisuća godina, ali daleko dramatičniji porast dogodio se tek u posljednjih nekoliko stotina godina, tijekom kojih je slatka hrana uvedena u mase.

Uzorci zuba bili su dio većeg sklopa kostura koje je iz špilje Killuragh, u okrugu Limerick, iskopao pokojni Peter Woodman sa Sveučilišta Cork. Dok su drugi zubi u špilji pokazivali uznapredovali karijes, na uzorcima zuba nije bilo vidljivih karijesa. Međutim, jedan je zub proizveo neviđenu količinu DNK bakterije S. mutans, što je znak ekstremne neravnoteže u oralnoj mikrobnoj zajednici.

"Bili smo jako iznenađeni kada smo vidjeli tako veliku količinu S. mutansa u ovom zubu starom 4.000 godina", rekla je dr. Lara Cassidy, docentica na Trinity School of Genetics and Microbiology i viša autorica studije. "To je iznimno rijedak nalaz i sugerira da je ovaj čovjek bio izložen velikom riziku od razvoja karijesa neposredno prije smrti."

Istraživači su također otkrili da su druge vrste streptokoka praktički odsutne na zubu. Ovo ukazuje na to da je prirodna ravnoteža oralnog biofilma bila poremećena - mutans je nadmašio ostale streptokoke, što je dovelo do stanja prije bolesti .

tooth
© Dr. Lara Cassidy, Trinity College DublinPrimjer zuba prije uzorkovanja drevne DNK. Imajte na umu da ovo nije bio zub uzorkovan u studiji
Tim je također pronašao dokaze koji podupiru hipotezu o "nestajanju mikrobioma", koja predlaže da su moderni mikrobiomi manje raznoliki od onih naših predaka. To je razlog za zabrinutost jer gubitak bioraznolikosti može utjecati na ljudsko zdravlje. Dva zuba iz brončanog doba proizvela su vrlo različite sojeve Tannerella forsythia, bakterije upletene u bolesti desni.

"Ovi sojevi iz jednih drevnih usta genetski su se više razlikovali jedni od drugih nego bilo koji par modernih sojeva u našem skupu podataka, unatoč modernim uzorcima koji potječu iz Europe, Japana i SAD-a", objasnio je Iseult Jackson, doktorant na Trinityju i prvi autor studije. "Ovo predstavlja veliki gubitak u raznolikosti i to moramo bolje razumjeti."

Vrlo je malo potpunih genoma iz oralnih bakterija otkriveno prije srednjeg vijeka. Karakterizirajući pretpovijesnu raznolikost, autori su uspjeli otkriti dramatične promjene u oralnom mikrookruženju koje su se od tada dogodile.

Dr. Cassidy je dodao: "Tijekom posljednjih 750 godina jedna je loza T. forsythia postala dominantna u cijelom svijetu. Ovo je izdajnički znak prirodne selekcije, gdje jedna vrsta brzo raste u učestalosti zbog neke genetske prednosti koju ima nad drugima. Sojevi T. forsythia iz industrijske ere nadalje sadrže mnoge nove gene koji pomažu bakterijama da se nasele u ustima i uzrokuju bolesti.

"S. mutans također je prošao kroz nedavna proširenja loze i promjene u sadržaju gena u vezi s patogenošću. To se podudara s masovnom potrošnjom šećera u čovječanstvu, iako smo otkrili da je moderna populacija S. mutansa ostala raznolikija, s dubokim podjelama u evolucijskom stablu S. mutansa koje datira prije genoma Killuragh."

Znanstvenici vjeruju da je to potaknuto razlikama u evolucijskim mehanizmima koji oblikuju raznolikost genoma ovih vrsta.

"S. mutans je vrlo vješt u zamjeni genetskog materijala između sojeva," rekao je dr. Cassidy. "To znači da se korisna inovacija može proširiti na S. mutans loze poput novog komada tehnologije. Ta sposobnost lakog dijeljenja inovacija može objasniti zašto ova vrsta zadržava mnoge različite loze bez da jedna postane dominantna i zamijeni sve ostale."

Zapravo, obje ove bakterije koje uzrokuju bolesti dramatično su se promijenile od brončanog doba do danas, ali čini se da vrlo nedavne kulturne tranzicije u industrijskoj eri imale su pretjeran utjecaj.