保持我们的牙齿清洁已经数千年来一直是个难题，历史上曾有过一些特别痛苦的治疗蛀牙的方法。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“前所未有数量”的导致蛀牙和牙龈疾病的细菌。这些保存完好的微生物组的基因分析揭示了从青铜时代到今天的饮食变化如何影响我们的口腔健康。这些发现发表在3月27日《分子生物学与进化》杂志上的一项研究中。
化石化的牙菌斑是古代人体最受研究的部分之一。然而，在中世纪之前，从牙齿中的口腔细菌获得的完整基因组非常少。这意味着科学家们对于人类口腔微生物组如何受到饮食变化以及约10000年前农业传播等事件的影响，了解有限。
消耗糖分、产生酸的细菌
这两颗牙齿属于同一个男性个体，他生活在青铜时代现今的爱尔兰。牙齿中含有导致牙龈疾病的细菌，以及第一个
高质量的古老Mutans链球菌（S. mutans）基因组。这种口腔细菌是蛀牙的主要原因之一。
S. mutans 在现代人类口腔中非常普遍，但在古代基因组记录中却非常罕见。其稀疏的一个可能原因在于细菌产生酸的方式。酸会腐蚀牙齿，但同时也会破坏DNA，阻止牙菌斑随着时间推移而化石化和硬化。大多数古代口腔微生物组存在于这些化石化的牙菌斑中，但这项新研究直接考察了牙齿本身。
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S. mutans 在古代口腔中可能不存在的另一个原因是，它们可能缺乏供其生存的含糖环境。S. mutans 喜欢糖，在人类开始种植谷物后，考古记录中可以看到龋齿的增加。然而，在过去的几个世纪里，随着含糖食品的普及，龋齿的增加更为显著。
微生物群落消失假说
这些样本牙齿属于一个较大的骨骼，该骨骼由已故的科克大学的Peter Woodman教授在利默里克郡的Killuragh洞穴中发现。洞穴中其他牙齿显示出严重的牙齿腐蚀，但没有任何龋齿——或早期蛀牙的迹象。其中一颗牙齿竟然含有大量的mutans序列。
“我们对在这颗4000年前的牙齿中发现如此大量的S. mutans感到非常惊讶，”该研究的合著者、都柏林圣三一学院的遗传学家Lara Cassidy在声明中说。“这是一个极其罕见的发现，表明此人生前患龋齿的风险很高。”
洞穴凉爽、干燥、碱性的环境可能有助于S. mutans DNA的保存。虽然S. mutans DNA丰富，但其他链球菌物种在该牙齿样本中几乎不存在。这表明口腔的自然平衡或生物膜已经改变——mutans菌压倒了其他细菌物种。
研究团队表示，这项研究为微生物群落消失假说提供了更多支持。该假说认为，我们祖先的微生物组实际上比我们今天的微生物组更加多样化。支持这一假说的另一个证据是，研究团队从该牙齿中构建出了两种伴放不动杆菌（T. forsythia）的基因组。T. forsythia至今仍然存在，并会导致牙龈疾病。
“这两颗样本牙齿含有非常不同的T. forsythia菌株，”该研究的合著者、都柏林圣三一学院的博士候选人Iseult Jackson在声明中说。“这些来自同一个古代口腔的菌株，比我们数据集中的任何一对现代菌株在基因上都更具差异性，尽管这些现代样本来自欧洲、日本和美国。这很有趣，因为生物多样性的丧失可能对口腔环境和人类健康产生负面影响。”
基因和口腔的演变
重建的两种基因组都揭示了在过去的750年里，口腔微环境发生了剧烈变化。T. forsythia的一个谱系近年来在全球人群中占据主导地位，这是遗传学家称之为选择事件的迹象。当一个细菌菌株由于某种遗传优势而迅速增加时，就会发生这种情况。尤其是在工业革命之后出现的T. forsythia基因组获得了有助于其定植口腔并引起疾病的基因。
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S. mutans也显示出近期谱系扩张和基因含量变化的证据，这些变化都与糖的普及相吻合。然而，现代S. mutans种群的基因多样性甚至比T. forsythia更高，包括S. mutans进化树上的一些深层分支，这些分支早于在爱尔兰发现的基因组。该团队认为，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。
“S. mutans在菌株之间交换遗传物质方面非常擅长，”Cassidy说。“这使得一个有利的创新能够在S.mutans谱系中传播，而不是让一个谱系占据主导地位并取代所有其他谱系。”
这两种致病细菌从青铜时代至今都发生了巨大的变化。然而，更近期的文化转变，如糖摄入量的增加，似乎产生了不成比例的影响。
