Древние микробиомы полости рта поддерживают постепенный сдвиг в питании эпохи неолита в сторону сельского хозяйства

Nature Communications, том 13, номер статьи: 6927 (2022) Цитировать эту статью

12 тысяч доступов

3 цитаты

316 Альтметрика

Подробности о метриках

Микробиом человека в последнее время стал ценным источником информации о жизни и здоровье хозяина. На сегодняшний день мало что известно о том, как оно могло развиваться на ключевых этапах нашей истории, таких как переход неолита к сельскому хозяйству. Здесь мы проливаем свет на эволюцию микробиома полости рта во время этого перехода, сравнивая палеолитических охотников-собирателей с фермерами неолита и медного века, населявшими ту же ограниченную территорию в Италии. Мы интегрировали анализ 76 микробиомов ротовой полости зубного камня с информацией о питании, полученной в результате идентификации остатков растений. Мы обнаруживаем более сильное отклонение от состава микробиома охотников-собирателей в последней части неолита и в меньшей степени на ранних этапах переходного периода. Наши результаты показывают, что внедрение сельского хозяйства повлияло на микробиом хозяина, что подтверждает гипотезу о постепенном переходе внутри исследованных популяций.

За последнее десятилетие несколько исследований определили микробиом как тип интерфейса между человеком и окружающей средой. Микробиом человека способен влиять на здоровье хозяина посредством нескольких механизмов1,2, а он, в свою очередь, формируется переменными, которые связаны с условиями жизни хозяина (например, образом жизни, окружающей средой) в большей степени, чем с генетикой хозяина3,4. С самого начала метагеномного анализа микробиома человека было отмечено существование огромной степени изменчивости состава микробиома кишечника среди различных популяций по всему миру5,6. Тем не менее, как эти микробные сообщества возникли в ходе эволюции человека и эволюционировали совместно со своими хозяевами, остается открытым вопросом.

Исследования древней ДНК (аДНК) потенциально могут позволить нам объяснить, как эти сложные микробные сообщества развивались с течением времени, чтобы достичь своего нынешнего состава, и, более того, они могут предоставить существенную информацию о прошлых обществах, культурах и условиях жизни7,8. В настоящее время исследователи рассматривают изучение древнего микробиома копролитов (то есть окаменелых фекальных остатков) и зубного камня как инструменты, которые могут внести значительный вклад в выявление эволюции микробных сообществ, связанных с человеком9,10.

Один из нерешенных вопросов, касающихся эволюции микробиома человека, связан с тем, как переход к сельскому хозяйству в период неолита повлиял на состав микробиома полости рта и биоразнообразие. Анализы, проведенные на современном населении, выявили изменения в микробной экологии полости рта при сравнении традиционных обществ или обществ охотников-собирателей с городскими сообществами11,12,13,14. Однако недавние исследования, посвященные переходу к сельскому хозяйству в нашем прошлом, показали противоречивые результаты. Например, предварительные данные о древнем микробиоме полости рта свидетельствуют о сдвиге численности видов бактерий, связанном с переходом к неолиту, который не удалось воспроизвести в более поздних исследованиях эволюции микробиома полости рта8,15. Дополнительные исследования в Южной Европе выявили небольшие различия, связанные с переходом, выявив в основном географические закономерности вариаций бактериального генома16. На сегодняшний день исследования древнего неолитического микробиома в основном опираются на небольшие группы образцов, распределенных по обширной географической территории, характеризующейся различными экологическими условиями и стратегиями существования, что приводит к возможной географической и диетической предвзятости. Действительно, как наблюдалось для различных источников микробиома, микробные сообщества, населяющие зубные бляшки, по-видимому, находятся под влиянием диеты, экологии и условий жизни17,18,19. Более того, археологические данные свидетельствуют о том, что переход к неолиту не был монолитным событием, но имели место различия в принятых стратегиях существования среди одновозрастных сообществ20,21,22. Эти данные могут объяснить, почему при сравнении различных неолитических сообществ, характеризующихся небольшим размером выборки и разными экологическими условиями, в основном выявляются географические закономерности вариаций, а не культурные изменения16, что оставляет этот вопрос открытым. Соответственно, обращение внимания как на археологические предпосылки, так и на экологический контекст становится основополагающим для контекстуализации влияния сельскохозяйственного перехода на микробиом полости рта.

90%) (Supplementary Fig. 2). Only a few samples showed a contaminated profile, and were thus excluded from further analysis./p> 0.8 as being authentic, to assess for possible horizontal transfer events or the presence of genetically closely related species within the samples’ microbiome78. All of the information regarding the deamination profile and –Δ% for each species and all samples are reported on Supplementary Table 4. We further evaluated the reads fragmentation level and differences in the deamination profile across all of the different periods here investigated, to observe the effect of taphonomic events over time (Supplementary Figs. 4 and 5)./p>10 million reads as sources (SI, Supplementary Fig. 2). Samples demonstrating high oral source (>75%) were retained for the analysis. Finally, in order to eliminate possible contaminants, we compare the identified species with the Human Oral Microbiome Database (HOMD) to assure the selection of known human oral species. In this sense, the only questioned species was Burkholderia pseudomallei which is an environmental bacterium and the causative agent of melioidosis in humans79. The genus Burkholderia have been detected in human oral cavity and in the dental plaque80,81, but no evidence of B. pseudomallei have been described previously for dental calculus thus we cannot exclude that its presence could be related to an ancient contaminant or not./p>95% were considered for the following analysis. Finally, to assess for the aDNA damage profile the damageprofiler.sh script from Wibowo et al. was used but the last part of the script was modified using PMDtools. A plot of the deamination profile for each sample was reported in Supplementary Fig. 13. Contigs alignment to the reference was performed with BLAST Ring Image Generator (BRIG) (v.0.95)99, using upper and lower identity thresholds of 70% and 30%, respectively. This software was used to generate both Fig. 5 and Supplementary Fig. 14, this latter contain the reference genetic annotation retrieved by NCBI database./p>