青铜时代牙齿中发现罕见的蛀牙和牙龈疾病痕迹

数千年来，保持牙齿清洁一直是一件痛苦的事，历史上曾使用过一些特别痛苦的方法来保护我们的牙齿。最近，在爱尔兰的一个石灰岩洞穴中出土的两颗 4000 年前的人类牙齿被发现含有“空前数量”的导致蛀牙和牙龈疾病的细菌。对这些保存完好的微生物群进行基因分析，揭示了从青铜时代到今天，饮食变化如何影响我们的口腔健康。该研究结果发表在 3 月 27 日发表在《分子生物学与进化》杂志上的一项研究中。

牙菌斑化石是古代人类身体中研究最深入的部分之一。然而，中世纪之前牙齿口腔细菌的完整基因组很少被发现。这意味着科学家们对于人类口腔微生物群如何受到饮食变化以及大约 10,000 年前农业传播等事件的影响的数据有限。

咀嚼糖并产酸的细菌

这两颗牙齿属于青铜时代生活在现今爱尔兰的同一个男性。牙齿中含有导致牙龈疾病的细菌，以及第一个

来自变形链球菌（ S. mutans ）的高质量古代基因组。这种口腔细菌是导致蛀牙的主要原因之一。

变形链球菌在现代人类口腔中非常常见，但在古代基因组记录中却非常罕见。变形链球菌如此稀少的一个潜在原因可能是这种细菌产生酸的方式。酸会腐蚀牙齿，但也会破坏 DNA，并阻止牙菌斑随着时间的推移而变成化石和硬化。大多数古代口腔微生物群都发现在这些化石牙菌斑中，但这项新研究直接研究了牙齿。

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变形链球菌可能不存在于古代口腔中的另一个原因可能是由于口腔中缺乏可供其生长的含糖食物。变形链球菌喜欢糖，在人类开始种植和耕种谷物后，考古记录中可以看到蛀牙的增加。然而，更显著的增长发生在过去的几个世纪里，当时含糖食物变得更加普遍。

微生物群消失假说

取样的牙齿是科克大学已故的彼得·伍德曼在利默里克郡基拉格洞穴发现的一具较大骨骼的一部分。洞穴中的其他牙齿显示出严重的蛀牙，但没有龋齿或早期蛀牙的任何证据。其中一颗牙齿被发现含有大量变形链球菌序列。

“我们非常惊讶地发现这颗 4000 年前的牙齿中含有如此大量的变形链球菌，”研究合著者、都柏林圣三一学院遗传学家 Lara Cassidy 在一份声明中表示。“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。”

洞穴的凉爽、干燥和碱性条件可能有助于变形链球菌DNA 的保存。虽然变形链球菌DNA 丰富，但牙齿样本中其他链球菌种大多不存在。这表明自然平衡或口腔生物膜已被改变——变形链球菌胜过其他细菌种。

研究团队表示，这项研究为微生物群消失假说提供了更多支持。这一观点认为，我们祖先的微生物群实际上比我们今天的微生物群更加多样化。支持这一假说的更多证据来自Tannerella forsythia的两个基因组 （ T. forsythia ）是研究小组从牙齿中构建的。T . forsythia仍然存在并导致牙龈疾病。

“两颗牙齿样本含有完全不同的T. forsythia菌株，”研究合著者、都柏林圣三一学院博士候选人 Iseult Jackson 在一份声明中表示。“尽管这些现代样本来自欧洲、日本和美国，但来自同一古代口腔的这些菌株之间的遗传差异比我们数据集中的任何一对现代菌株都要大。这很有趣，因为生物多样性的丧失会对口腔环境和人类健康产生负面影响。”

基因和口腔的转变

两个重建的基因组都揭示了过去 750 年来口腔微环境的显著变化。近年来， T. forsythia的一个谱系已成为全球人口的主导，这是遗传学家称之为选择性事件的标志。这是一种细菌菌株由于特定的遗传优势而迅速增加频率的情况。工业革命后出现的T. forsythia基因组获得了帮助其在口腔中定殖并引起疾病的基因。

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变形链球菌也有证据表明，最近的谱系扩张和基因含量的变化都与糖的普及相吻合。然而，现代变形链球菌种群的多样性甚至比福赛斯链球菌还要高，包括变形链球菌进化树中的一些深度分裂，这些分裂早于在爱尔兰发现的基因组。研究小组认为，这是由这些细菌物种基因组多样性背后的进化差异所驱动的。

“变形链球菌非常擅长跨菌株交换遗传物质，”卡西迪说，“这使得有利的创新能够在变形链球菌谱系中传播，而不是一个谱系占据主导地位并取代所有其他谱系。”

从青铜时代到今天，这两种致病细菌都发生了巨大变化。然而，最近的文化变迁，比如糖的消费量增加，似乎产生了巨大的影响。