Микробиом неандертальского рта приспособился к расщеплению крахмала

Основные таксономические группы бактерий, формирующих микробиом ротовой полости, сохранялись в процессе эволюции африканских гоминид. При этом только в образцах представителей рода Homo есть ДНК бактерий, адаптированных к расщеплению крахмала.

Зубной камень на древнем человеческом зубе.

Credit: Werner Siemens Foundation, Felix Wey | Пресс-релиз

Ротовая полость заселена множеством микроорганизмов, однако большинство исследований орального микробиома выполняется на образцах от современных людей из развитых стран, имеющих доступ к гигиене и антибиотикам. Не так много известно про динамику микробного сообщества ротовой полости в менее развитых и в древних сообществах.

Чтобы заполнить этот пробел, ученые из 13 стран проанализировали 124 метагенома зубных биопленок приматов. В течение жизни микробные биопленки на поверхности зубов кальцинируются и включаются в состав зубного камня. Зубной камень же может сохранять аутентичный метагеном до 50 000 лет.

Ученые работали с образцами зубного камня современных людей (Homo sapiens), неандертальцев (Homo sapiens neanderthalensis), горилл (Gorilla), шимпанзе (Pan) и обезьян-ревунов (Alouatta). Кроме того, использовались археологические образцы от людей, датированные периодами до появления сельского хозяйства и до появления антибиотиков.

Метагеномный анализ показал, что составы микробиомов зубного камня африканских гоминид (людей и человекообразных обезьян), а также обезьян-ревунов, обитающих в Центральной и Южной Америке, значительно совпадают. Ученые сделали вывод, что состав микробного сообщества сохранялся на протяжении около 8 миллионов лет. Они выявили основные таксоны бактерий, то есть такие, которые встречаются у большинства представителей каждого рода приматов. К ним относились, в частности, Streptococcus, Actinomyces, Fusobacterium и Corynebacterium. Большая часть выделенных таксонов оказалась общей для всех хозяев.

В целом микробиомы хорошо кластеризовались по составу в зависимости от рода хозяина, но сходство микробиомов между разными родами приматов не отражало взаимного расположения последних на филогенетическом древе. Кроме того, у современных людей из разных исторических эпох или с разными пищевыми привычками не обнаружилось значимых различий в составе микробиома.

Ученые также охарактеризовали различия в функциях микробных генов. Они обнаружили, что образцы зубного камня рода Homo отличаются повышенным содержанием бактерий, несущих гены переработки углеводов. Так, у людей доминировали стрептококки групп Mitis, Sanguinis и Salivarius, отсутствующие у шимпанзе и низших приматов. Эти бактерии экспрессируют белки, захватывающие альфа-амилазу слюны — фермент, расщепляющий полисахариды, которые поступают с пищей. Бактерии используют эту альфа-амилазу в переработке крахмала для собственного питания, а также для прикрепления к зубам.

По мнению авторов, диета, богатая крахмалом, характерна для охотников-собирателей. Она может включать, например, коренья, клубни, орехи и семена. Кроме того, присутствие специфических бактерий у неандертальцев опровергает предположение о том, что они были хищниками. Кристина Уоринер, профессор Гарвардского университета и ведущий автор работы, считает, что появление адаптированных к расщеплению крахмала бактерий связано с развитием мозга, характерным для рода Homo. «Для питания мозгу необходима глюкоза, одного мяса недостаточно», — отмечает она.

Источники

Yates JAF, Velsko IM, Aron F, et al. // The evolution and changing ecology of the African hominid oral microbiome. // PNAS. 2021;118(20); DOI: 10.1073/pnas.2021655118

  Turns out developing a taste for carbs wasn't a bad thing

The surprising evolutionary history of our oral bacteria

Добавить в избранное

Вам будет интересно