Forscher am Trinity College Dublin haben bemerkenswert erhaltene Mikrobiome aus zwei 4.000 Jahre alten Zähnen geborgen, die in einer irischen Kalksteinhöhle gefunden wurden. Genetische Analysen dieser Mikrobiome zeigen große Veränderungen in der oralen Mikroumgebung von der Bronzezeit bis heute. Die Zähne gehörten beide demselben männlichen Individuum und lieferten auch einen Schnappschuss seiner Mundgesundheit.
Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit Archäologen der Atlantic Technological University und der University of Edinburgh durchgeführt veröffentlicht In Molekularbiologie und Evolution. Die Autoren identifizierten mehrere Bakterien, die mit Zahnfleischerkrankungen in Zusammenhang stehen, und lieferten das erste hochwertige antike Genom von Streptococcus mutans, dem Hauptverursacher von Karies.
Während S. mutans in modernen Mündern sehr häufig vorkommt, kommt er im antiken Genombestand außerordentlich selten vor. Ein Grund dafür könnte die säureproduzierende Natur der Art sein. Diese Säure zerstört den Zahn, zerstört aber auch die DNA und verhindert die Versteinerung von Plaque. Während die meisten alten oralen Mikrobiome aus versteinertem Zahnbelag gewonnen werden, zielte diese Studie direkt auf den Zahn ab.
Ein weiterer Grund für die Seltenheit von S. mutans in antiken Mündern könnte der Mangel an günstigen Lebensräumen für diese zuckerliebende Art sein. In den archäologischen Aufzeichnungen ist nach der Einführung des Getreideanbaus vor Tausenden von Jahren ein Anstieg der Zahnkaries zu beobachten, ein weitaus dramatischerer Anstieg war jedoch erst in den letzten paar hundert Jahren zu verzeichnen, als zuckerhaltige Lebensmittel in die breite Masse eingeführt wurden.
Die beprobten Zähne waren Teil einer größeren Skelettgruppe, die der verstorbene Peter Woodman vom University College Cork in der Killuragh Cave in der Grafschaft Limerick ausgegraben hatte. Während andere Zähne in der Höhle fortgeschrittenen Karies aufwiesen, waren an den entnommenen Zähnen keine Karies sichtbar. Allerdings produzierte ein Zahn eine beispiellose Menge an S. mutans-DNA, ein Zeichen für ein extremes Ungleichgewicht in der oralen Mikrobengemeinschaft.
„Wir waren sehr überrascht, eine so große Häufigkeit von S. mutans in diesem 4.000 Jahre alten Zahn zu sehen“, sagte Dr. Lara Cassidy, Assistenzprofessorin an der Trinity School of Genetics and Microbiology und leitende Autorin der Studie. „Es ist ein bemerkenswert seltener Fund und deutet darauf hin, dass bei diesem Mann kurz vor seinem Tod ein hohes Risiko bestand, Karies zu entwickeln.“
Die Forscher fanden auch heraus, dass andere Streptokokkenarten im Zahn praktisch nicht vorhanden waren. Dies weist darauf hin, dass das natürliche Gleichgewicht des oralen Biofilms gestört war – Mutans hatten die anderen Streptokokken verdrängt, was zum Zustand vor der Erkrankung führte.
Das Team fand auch Beweise, die die Hypothese des „verschwindenden Mikrobioms“ stützen, die besagt, dass moderne Mikrobiome weniger vielfältig sind als die unserer Vorfahren. Dies gibt Anlass zur Sorge, da der Verlust der biologischen Vielfalt Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben kann. Die beiden Zähne aus der Bronzezeit produzierten stark unterschiedliche Stämme von Tannerella forsythia, einem Bakterium, das an Zahnfleischerkrankungen beteiligt ist.
„Diese Stämme aus einem einzigen alten Mund unterschieden sich genetisch stärker voneinander als jedes Paar moderner Stämme in unserem Datensatz, obwohl die modernen Proben aus Europa, Japan und den USA stammten“, erklärte Iseult Jackson, ein Ph.D. Kandidat bei Trinity und Erstautor der Studie. „Dies stellt einen großen Verlust an Vielfalt dar, den wir besser verstehen müssen.“
Aus der Zeit vor dem Mittelalter wurden nur sehr wenige vollständige Genome oraler Bakterien geborgen. Durch die Charakterisierung der prähistorischen Vielfalt konnten die Autoren dramatische Veränderungen in der oralen Mikroumgebung aufdecken, die seitdem stattgefunden haben.
Dr. Cassidy fügte hinzu: „In den letzten 750 Jahren hat sich eine einzige Linie von T. forsythia weltweit durchgesetzt. Dies ist das verräterische Zeichen der natürlichen Selektion, bei der die Häufigkeit eines Stammes aufgrund eines genetischen Vorteils, den er gegenüber den anderen besitzt, schnell zunimmt.“ T. forsythia-Stämme aus dem Industriezeitalter enthalten viele neue Gene, die den Bakterien helfen, den Mund zu besiedeln und Krankheiten zu verursachen.
„S. mutans hat in jüngster Zeit auch Abstammungserweiterungen und Veränderungen im Geninhalt im Zusammenhang mit der Pathogenität erfahren. Diese fallen mit dem Massenkonsum von Zucker durch die Menschheit zusammen, obwohl wir festgestellt haben, dass die modernen S. mutans-Populationen vielfältiger geblieben sind und tiefe Spaltungen in der S. mutans aufweisen. Mutans-Evolutionsbaum vor dem Killuragh-Genom.
Die Wissenschaftler glauben, dass dies auf Unterschiede in den Evolutionsmechanismen zurückzuführen ist, die die Genomvielfalt dieser Arten prägen.
„S. mutans ist sehr geschickt darin, genetisches Material zwischen Stämmen auszutauschen“, sagte Dr. Cassidy. „Das bedeutet, dass eine vorteilhafte Innovation wie ein neues Stück Technologie über die Abstammungslinien von S. mutans verbreitet werden kann. Diese Fähigkeit, Innovationen einfach zu teilen, könnte erklären, warum diese Art viele verschiedene Abstammungslinien beibehält, ohne dass eine dominant wird und alle anderen ersetzt.“
Tatsächlich haben sich diese beiden krankheitsverursachenden Bakterien seit der Bronzezeit bis heute dramatisch verändert, aber es scheint, dass die jüngsten kulturellen Veränderungen im Industriezeitalter übermäßige Auswirkungen hatten.
Mehr Informationen:
Iseult Jackson et al.: Antike Genome aus Überresten aus der Bronzezeit offenbaren eine große Vielfalt und jüngste Anpassungsepisoden für menschliche orale Pathobionten. Molekularbiologie und Evolution (2024). DOI: 10.1093/molbev/msae017 , academic.oup.com/mbe/article-l … .1093/molbev/msae017