Реконструкція геномів мікрофлори порожнини рота, яка охоплює величезний 100 000-річний період людської історії, можливо, виявила дивовижну зміну видів бактерій, які люблять називати наш рот своїм домом.
Дослідники з усієї Німеччини та США об’єдналися, щоб розшифрувати ДНК, витягнуту із зубного нальоту останків людини та неандертальця , використовуючи послідовності для відтворення білків, які колись використовували бактерії.
Це величезний момент у вивченні мікробів, які живуть у людей, що дає нам зрозуміти бактерії, які більше не є частиною особистої екосистеми нашого тіла. У майбутньому ці відкриття можуть бути навіть використані для розробки нових методів лікування.
Зубний камінь, або кальцинований зубний наліт, є ідеальним місцем для сховку мікробів, тому ваш стоматолог наголошує на важливості щоденного чищення щіткою та ниткою. Попри те, що це добре для захисту бактерій, дослідникам все ж вдалося витягнути дуже маленькі фрагменти ДНК із стародавніх зразків для роботи. Це залишило багато наукової детективної роботи, щоб розшифрувати послідовності.
«Типовий бактеріальний геном має довжину 3 мільйони пар основ, але час фрагментує стародавню ДНК, яку ми відновлюємо, до середньої довжини лише приблизно від 30 до 50 пар основ», — каже антрополог Крістіна Варіннер з Гарвардського університету в Массачусетсі.
«Іншими словами, кожен стародавній бактеріальний геном схожий на мозаїку з 60 000 елементів, і кожен шматочок зубного каменю містить мільйони геномів».
Дослідники почали з нальоту 12 неандертальців (віком від 40 000 до 102 000 років) і 34 людей (віком від 150 до 30 000 років).
Раніше такі генетичні фрагменти можна було б порівняти з геномами сучасних видів мікроорганізмів – корисний довідник, але такий, який ніколи не виявить види, які є новими чи вимерлими.
У цьому випадку дослідники удосконалили процес, відомий як техніка складання de novo , де з менших фрагментів ДНК можна створити цілий геном.
Це трохи схоже на спробу скласти лобзик із лише деякими частинами й без зображення, з якого можна працювати. Щоб спробувати заповнити прогалини, застосовуються різноманітні хитрощі, зокрема виявлення збігів і закономірностей, і після трьох років ретельного порівняння та аналізу всіх зразків бактеріальні геноми можуть бути реконструйовані.
З геномів видатної якості дослідники ідентифікували спільну послідовність, яка називається кластерами біосинтетичних генів. Гени в цих кластерах відіграють важливу роль у створенні білків усередині бактерій.
«Ось як бактерії створюють справді складні та корисні хімічні речовини», — каже Уоріннер. «Майже всі наші протимікробні препарати та багато наших лікарських препаратів зрештою походять від таких кластерів бактеріальних біосинтетичних генів».
Переносячи реконструйовані послідовності ДНК у сучасні бактерії, дослідники успішно створили ферменти, засновані на стародавніх моделях мікробів, які колись жили в роті наших предків. Один із цих ферментів виробляв органічні молекули, відомі як фурани , які сьогодні беруть участь у передачі сигналів між бактеріальними клітинами.
Ґрунтуючись на вивченні генів по обидві сторони ферменту, що виробляє фуран, дослідники підозрюють, що ця конкретна версія може відігравати роль у регулюванні фотосинтезу бактерій.
Загалом найбільша кількість високоякісних послідовностей належала до роду бактерій під назвою Chlorobium . Здатні використовувати світло для окислення сірки для отримання енергії, ці мікроби не зовсім ті організми, які ми очікували б притиснутись до наших зубів.
Цілком можливо, що колись вони жили в людському роті, вбираючи кілька променів, які зігрівали наші мигдалини щоразу, коли ми відкривали рот. Або вони були наслідком пиття водойми зі ставка.
Хоча ми не говоримо про повернення до життя мікробів – бактеріальної версії Парку Юрського періоду – стародавні геноми корисні, щоб розповісти вченим про те, як наш мікробіом міг змінюватися та еволюціонувати протягом десятків тисяч років.
Наприклад, є питання про те, чому цих бактерій більше немає в наших ротах – можливо, через зміну поведінки чи звичок до вживання алкоголю – це те, на що можуть звернути увагу майбутні дослідження.
«Тепер ми можемо розширити цей процес», — каже Варіннер. «Раптом ми можемо значно розширити наше розуміння біохімічного минулого».
