ДНК, извлеченная из окаменевшего зубного камня, помогла ученым реконструировать микробиоту полости рта ранних людей, проливая свет на их здоровье и привычки.
Тысячелетия назад, когда древние люди еще не знали, что такое зубные щетки, частицы пищи и микробы стойко прилипали к их зубам. Со временем эти отложения минерализовались, образуя твердый зубной камень. Спустя столетия ученые обнаружили, что этот кальцинированный зубной налет является кладезем сохранившейся древней ДНК. «Во многих отношениях это похоже на путешествие во времени», — говорит Кристина Уорринер, биомолекулярный археолог из Гарвардского университета и Института эволюционной антропологии имени Макса Планка.
За последние несколько лет Уорринер и ее коллеги выделили ДНК из зубного камня, найденного на раскопках человеческих останков, и раскрыли утраченный мир микроорганизмов. Реконструкция древних микробиомов полости рта позволила выявить закономерности в разнообразии микроорганизмов и идентифицировать бактериальные ферменты, существовавшие тысячи лет назад, что дало представление о здоровье и жизни доисторических людей.
Уорринер, которая интересовалась как микробиологией, так и археологией, хотела исследовать, может ли древняя ДНК дать представление об истории человеческих болезней. С этой целью она работала со скелетными зубами, которые часто были покрыты зубным камнем, который она снимала с помощью стоматологического скаллера. «Иногда мы шутим, что мы — стоматологи для мертвых», — говорит она. Когда исследователи обнаружили, что зубной камень на древних зубах сохранил древнюю ДНК, Уорринер поняла, что на самом деле это был оральный микробиом, законсервированный во времени. «Для меня это было как озарение, — рассказала Уорринер. — Это был способ открыть всю историю человечества с позиции микробиологических исследований».
Итак, она кропотливо выделяла ДНК из затвердевшего зубного налета, используя методы, применяемые для извлечения генетического материала из древних образцов. Такие образцы обычно дают низкую концентрацию и плохое качество ДНК, поэтому, когда все эксперименты Уорринер провалились, она списала это на низкую концентрацию. К ее удивлению, когда она количественно оценила полученную ДНК, прибор вывел сообщение об ошибке, сообщив, что концентрация ДНК слишком высокая. Большинство останков содержали граммы зубного камня, в котором было достаточное количество ископаемого генетического материала, поэтому Уорринер в конечном итоге загрузила слишком много ДНК, что привело к неудачным экспериментам. «И это открыло мне глаза», — вспоминает Уорринер. «Потому что я поняла, что обнаружила самый богатый источник древней ДНК, известный во всей археологической истории, в этом скромном налете, прилипшем к поверхности зубов, который исследователи просто игнорировали».
Со временем, методом проб и ошибок, Уорринер и ее коллеги выяснили, как лучше всего извлекать короткие фрагменты ДНК из древнего зубного налета. Найти доступный источник древней ДНК «было действительно как открыть машину времени», — вспоминает Уорринер. Следующим шагом было использовать его для раскрытия истории. Когда ученые секвенировали генетический материал, выделенный из древнего зубного камня, они обнаружили, что он изобилует бактериальной ДНК. Исследователи идентифицировали несколько патогенных бактерий и некоторые гены антибиотикорезистентности, что свидетельствует о наличии потенциала антибиотикорезистентности уже в доисторические времена.
Реконструкция средневековой микрофлоры полости рта позволила выявить пищевые привычки людей, которые когда-то ее населяли: исследователи обнаружили свидетельства смешанного рациона, состоящего из растений и животных, а также идентифицировали гены, кодирующие ферменты, необходимые для переваривания молока. Они изучили молочные белки в зубном камне, что помогло им раскрыть истоки молочного животноводства в Восточной Азии. Древние микробиомы полости рта также помогли Уорринер и ее коллегам разгадать многовековую загадку. Они проанализировали зубной камень из останков, найденных в высокогорных районах Мексики — жертв эпидемии 1500-х годов — и обнаружили фрагменты ДНК Salmonella enterica, указав на патогенную бактерию как на потенциального виновника эпидемии.
Помимо вопросов здоровья и заболеваний, изучение древнего зубного камня помогло Уорринер и ее коллегам понять поведение предков. Они обнаружили частицы пигмента, использовавшегося для написания рукописей, окаменевшего в зубном налете женщины XI или XII века. Это было явным доказательством того, что средневековые женщины занимались написанием рукописей, что опровергало предположение о том, что в тот период книги создавали исключительно монахи-мужчины.
Помимо раскрытия древних секретов, сравнение микробиома полости рта предков человека с микробиомом наших современников показало, что некоторые микробы выдержали испытание временем: несколько бактерий, таких как Streptococcus и Actinomyces, сосуществовали с людьми на протяжении всей их эволюции, давая представление о здоровье и болезнях на протяжении веков. Благодаря прогрессу в методах секвенирования нового поколения, Уорринер надеется ответить на многие другие вопросы, в том числе о том, как микробы эволюционировали на протяжении истории человечества.
Оглядываясь назад, Уорринер считает, что она открыла окно в прошлое из самого необычного источника. «Многие люди даже не подозревают, насколько ценен их зубной налет и сколько информации он содержит о... нашей жизни. Это действительно невероятно. Поэтому я всегда призываю людей, когда они в следующий раз пойдут к стоматологу, просто вспомнить об этом».
