從古人類牙石排序已消失細菌基因 或助研新消化系統相關疾病治療方法

大約 19,000 年前,一名女性死於西班牙北部,她的屍首被故意用天然顏料赭石塊掩埋,並放置在一個名為 El Mirón 的洞穴中一塊石灰石後面。 2010 年,當她被赭石染色的骸骨出土時,考古學家稱她為「紅夫人 (Red Lady) 」,而這種對屍體的精心處理,也讓學者了解到當時人如何埋葬死者。

除此之外,最新刊於《科學》的研究指,由於當時的人不著重口腔衛生,紅夫人以及來自同代共 12 名尼安德特人的牙石幫助到現代學者,了解已在口腔消失的細菌化學產物消化酶,並且排序出這些細菌的基因組。

無參與是次研究的意大利特倫托大學電腦生物學家 Nicola Segata 表示,飲食的改變和抗生素的使用,大大改變了現代人體內的微生物組。而對古代微生物進行測序並重新創造其化學產物,將幫助我們確定人類微生物組在過去可能具有哪些已失去的功能。

找到這些失落的基因,亦可能有助專家設計出多種新的疾病治療方法。

在過去幾十年,對古代 DNA 進行測序已闡明很多生物的物理和生理特徵,但這種理解受到研究團隊只能使用現代微生物作為參考的限制。因為很多時,這些古代 DNA 已降解成碎片,再加上口腔微生物組包含數百種不同細菌種類,是次的基因研究猶如砌一幅數千塊的砌圖。

事實上,團隊花了將近 3 年的時間來調整 DNA 測序工具和電腦程式,以處理在古代樣本中發現的短 DNA 片段。 團隊利用了來自 46 具古代骨骼的牙石,包括 12 個尼安德特人和死於 30,000 到 150 年前的 34 個現代智人,找出數十種已滅絕或以前未知的口腔細菌的 DNA 。

該團隊又將這些古基因殖入至現代假單胞菌屬 Pseudomonas protegens 細菌,以製造產生呋喃 (furan) 的蛋白質。我們已知現代細菌會使用呋喃進行細胞信號傳導,而是次研究表明,古代細菌也有同樣的作用,這結果是不可能通過簡單地對其基因組進行測序來預測的。 

另一方面,團隊又發現古代人的口腔有綠菌 (Chlorobium) 的出現,其現代近親會利用光合作用在少量光線下生存,並生活在厭氧條件下,例如死水之中,但牠們並無出現在現代人的口腔內,而且似乎在大約 10,000 年前就從人類身上消失。綠菌可能因為古代人類在洞穴中或附近喝水而進入口腔。團隊甚至推測,綠菌可能曾經是某些古老人口的口腔微生物組正常組成部分,依靠穿透臉頰的微弱光線生存。

團隊指,牙石是開始尋找這些古老微生物的理想場所。如果不定期清潔,牙齒會將剩餘的食物和其他有機物困在牙的礦物中。這既有助於保存這些生物的 DNA ,又能防止其在屍體腐爛時受到污染。

不過,團隊重申這與《侏羅紀公園》的橋段相差甚遠,團隊也無計劃要將發現到的微生物復活,只是確定了現代學者可能感興趣的關鍵基因。

來源:
Science, ‘Lost’ microbial genes found in dental plaque of ancient humans

報告:

Klapper, M., Hübner, A., Ibrahim, A. & et al. (2023). Natural products from reconstructed bacterial genomes of the Middle and Upper Paleolithic. Science 4 May 2023. DOI: 10.1126/science.adf5300

文/AC

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