Ученые реконструировали микробиом полости рта неандертальцев и людей

Микробиом полости рта играет ключевую роль в биологии, здоровье и болезнях человека, но мало что известно о глобальном разнообразии, вариациях или эволюции этого микробного сообщества.

Чтобы лучше понять эволюцию и изменяющуюся экологию микробиома полости рта человека, многонациональная группа ученых проанализировала метагеномы стоматологической биопленки неандертальцев из позднего плейстоцена и современных людей за последние 100000 лет и сравнила их с метагеномами шимпанзе, горилл и обезьян-ревунов.

Они обнаружили основные таксономические и функциональные различия между микробиомами полости рта Homo и шимпанзе, но высокую степень сходства между неандертальцами и современными людьми, включая гомо-специфическое приобретение способности переваривать крахмал у бактерий Streptococcus в полости рта.

«Мы смогли показать, что бактериальная ДНК микробиома ротовой полости сохраняется как минимум вдвое дольше, чем считалось ранее», — сказал Джеймс Феллоуз Йейтс из Института истории человечества Макса Планка.

«Инструменты и методы, разработанные в этом исследовании, открывают новые возможности для ответа на фундаментальные вопросы микробной археологии и позволят более широко исследовать отношения между людьми и их микробиомом».

«Используя эти новые инструменты, мы также реконструировали 100000-летний микробиом полости рта неандертальца из пещеры Пештурина в Сербии, самый старый микробиом полости рта, который на сегодняшний день успешно реконструирован».

После применения своей строгой стратегии по идентификации, обеззараживанию и аутентификации хорошо сохранившихся стоматологических образцов, исследователи определили основную группу из 10 видов бактерий в микробиоме полости рта африканских гоминидов и приматов, которые также являются общими с обезьянами-ревунами.

Полученные данные свидетельствуют о том, что эти основные виды играли ключевую роль в биопленках полости рта на протяжении более 40 миллионов лет.

Сегодня они в первую очередь участвуют в обеспечении структурной поддержки биопленки зубного налета, и их исследование обещает понимание роста и созревания биопленок в микробиоме предков человека.

Авторы идентифицировали 27 представителей ротового микробиома Homo на уровне рода, среди которых много хорошо известных и клинически значимых видов, таких как Streptococcus и патогены Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia и Treponema denticola.

Однако почти все они также являются основными членами микробиома других африканских гоминидов.

Только Veillonella parvula, комменсальный вид, который, как известно, имеет синергетические отношения с патогеном Streptococcus mutans, в первую очередь встречается у людей.

Удивительно, но не все члены основного микробиома полости рта человека хорошо известны: у трех нет обозначения рода, а у нескольких нет названий видов, что свидетельствует о серьезном пробеле в исследованиях микробиологии полости рта, который отчасти связан с трудностями выращивания и размножения этих микробов.

«То, что многие из наиболее важных таксонов плохо охарактеризованы, является сюрпризом для микробиологов, которые годами работают над этими микробами», — говорят ученые.

«Мы все еще изучаем новых членов этого сообщества, и эти результаты дают нам новые виды, на которые нужно ориентироваться для полной характеристики».

Ученые также обнаружили, что древние люди, жившие в Европе ледникового периода, имели общие бактериальные штаммы с неандертальцами.

Поскольку микробиом полости рта обычно приобретается в раннем детстве от лиц, осуществляющих уход, этот обмен может отражать более ранние пары человек-неандерталец и воспитание ими детей.

Кроме того, исследователи обнаружили, что неандертальские штаммы бактерий больше не обнаруживались у людей в последние 14000 лет — периода, в течение которого в Европе в конце последнего ледникового периода происходила значительная смена населения.

«Оральные бактерии предоставляют неожиданную возможность для реконструкции взаимодействий людей и неандертальцев десятки тысяч лет назад», — говорят исследователи. «Пересечение эволюционной биологии человека и микробов просто завораживает».

Ученые также обнаружили, что подгруппа бактерий Streptococcus, присутствующая как у современных людей, так и у неандертальцев, по-видимому, специально адаптировалась к потреблению крахмала на ранних этапах эволюции человека.

Это говорит о том, что крахмалистые продукты стали важными в рационе человека до раскола между неандертальцами и современными людьми более 600000 лет назад.