استخراج اسرار ژنتیکی دندان های 4000 ساله برای بررسی تأثیر تغییر رژیم غذایی بر انسان در طول قرن ها

این مطالعه که با همکاری باستان شناسان دانشگاه فناوری آتلانتیک و دانشگاه ادینبورگ انجام شد، امروز در مجله Molecular Biology and Evolution منتشر شد. در این تحقیق، چندین باکتری مرتبط با بیماری لثه را شناسایی و اولین ژنوم باستانی با کیفیت بالا از Streptococcus mutans، عامل اصلی پوسیدگی دندان را ارائه شده است.

در حالی که S. mutans در دهان مدرن بسیار رایج است، در سوابق ژنومی باستانی بسیار نادر است. یکی از دلایل این امر ممکن است ماهیت اسیدی این گونه باشد. این اسید باعث پوسیدگی دندان می شود، اما DNA را از بین می برد و از فسیل شدن پلاک جلوگیری می کند. در حالی که بیشتر میکروبیوم های دهان باستانی از پلاک های فسیل شده بازیابی می شوند، این مطالعه مستقیماً دندان را مورد هدف قرار داد.

یکی دیگر از دلایل کمبود S. mutans در دهان باستانی ممکن است به دلیل  نبود زیستگاه مساعد برای این گونه شکر دوست باشد. افزایش حفره های دندانی در پرونده باستان شناسی پس از پذیرش  غلات در هزاران سال پیش دیده می شود، اما افزایش بسیار چشمگیرتری تنها در چند صد سال گذشته که غذاهای شیرین به توده ها معرفی شد، رخ داده است.

دندان های نمونه بخشی از مجموعه اسکلتی بزرگتر بود که توسط Peter Woodman فقید از University College Cork از غار Killuragh، شهرستان Limerick کاوش شده بود. در حالی که سایر دندان های غار پوسیدگی دندانی پیشرفته ای را نشان دادند، هیچ حفره ای روی دندان های نمونه گیری شده قابل مشاهده نبود. با این حال، یک دندان مقدار بی‌سابقه‌ای از DNA S. mutans تولید کرد که نشانه‌ای از عدم تعادل شدید در جامعه میکروبی دهان است.

دکتر Lara Cassidy، استادیار دانشکده ژنتیک و میکروبیولوژی Trinity و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: “ما از دیدن چنین فراوانی S. mutans در این دندان 4000 ساله بسیار شگفت زده شدیم. این یک یافته بسیار نادر است و نشان می‌دهد که این مرد دقیقاً قبل از مرگش در معرض خطر بالای ایجاد حفره‌ها بوده است”.

محققان همچنین دریافتند که گونه های دیگر streptococcal تقریباً در دندان وجود ندارند. این نشان می‌دهد که تعادل طبیعی بیوفیلم خوراکی به هم خورده است – mutans از دیگر streptococcalها پیشی گرفته و منجر به وضعیت پیش از بیماری شده است.

این تیم همچنین شواهدی برای حمایت از فرضیه « ناپدید شدن میکروبیوم » یافتند، که پیشنهاد می‌کند میکروبیوم‌های مدرن تنوع کمتری نسبت به اجداد ما دارند. و این مسئله  باعث نگرانی است، زیرا از دست دادن تنوع زیستی می تواند بر سلامت انسان تأثیر بگذارد. دو دندان عصر برنز، سویه‌های بسیار متفاوتی از Tannerella forsythia، یک باکتری دخیل در بیماری لثه، تولید کردند.

Iseult Jackson، کاندیدای دکترا در Trinity، توضیح داد: «این سویه‌های یک دهان باستانی با وجود نمونه‌های مدرن مشتق شده از اروپا، ژاپن و ایالات متحده، از نظر ژنتیکی بیشتر از هر جفت سویه مدرن در مجموعه داده‌های ما متفاوت بودند. ” همچنین ادامه می دهد که “این نشان دهنده یک نقص بزرگ در تنوع است و ما باید آن را بهتر درک کنیم.”

تعداد بسیار کمی از ژنوم های کامل از باکتری های دهان قبل از دوران قرون وسطی بازیابی شده است.  اما با توصیف تنوع ماقبل تاریخ، نویسندگان توانستند تغییرات شگرفی را در ریزمحیط دهانی که از آن زمان رخ داده است، آشکار کنند.

Dr Cassidy ادامه می دهد که” S. mutans همچنین اخیراً تحت گسترش دودمان و تغییرات در محتوای ژن مربوط به بیماری زایی قرار گرفته است. این موارد با مصرف انبوه شکر توسط بشر مصادف شده است، اگرچه ما متوجه شدیم که جمعیت S. mutans امروزی متنوع‌تر بوده و با شکاف‌های عمیق در درخت تکاملی S. mutans که پیش از ژنوم Killuragh قدمت دارد.“

 دانشمندان معتقدند که این به دلیل تفاوت در مکانیسم های تکاملی است که تنوع ژنومی را در این گونه ها شکل می دهد.

Dr Cassidy می گوید: “S. mutans در مبادله مواد ژنتیکی بین سویه ها بسیار ماهر است.” “این بدان معنی است که یک نوآوری سودمند می تواند مانند یک تکه فناوری جدید در سراسر دودمان S. mutans گسترش یابد. این توانایی برای به اشتراک گذاری آسان نوآوری ها ممکن است توضیح دهد که چرا این گونه دودمان های متنوعی را حفظ می کند بدون اینکه یکی از آنها غالب شود و جایگزین بقیه شود.”

در نتیجه، هر دوی این باکتری‌های بیماری‌زا از عصر برنز تا امروز به‌طور چشمگیری تغییر کرده‌اند، اما به نظر می‌رسد که انتقال‌های فرهنگی اخیر در عصر صنعتی تأثیری بی‌سابقه داشته‌اند.