作者｜唐鳳

古語雲(yun) “病從(cong) 口入”，其實除了飲食衛生，口腔裏的小小“原住民”一樣不容忽視。

生活在我們(men) 嘴裏的成千上萬(wan) 種微生物，不僅(jin) 與(yu) 健康息息相關(guan) ，甚至還是人類進化史的“記錄者”，但人們(men) 對它們(men) 的進化知之甚少。

5月11日，在發表於(yu) 美國《國家科學院院刊》的一項新研究中，一個(ge) 由德國馬普學會(hui) 人類曆史科學研究所領銜的多學科國際研究小組，調查了非洲原始人口腔微生物的進化曆史，並得出關(guan) 於(yu) 早期人類行為(wei) 及微生物群進化的新見解。

細小牙垢可以揭示古人類及其寄居微生物的相互作用。圖片來源：馬普學會(hui)

《中國科學報》從(cong) 該所獲悉，這是迄今為(wei) 止對古老口腔微生物群最大規模的一項研究。來自13個(ge) 國家41個(ge) 機構的研究人員，分析了120多個(ge) 代表靈長類和人類進化關(guan) 鍵點個(ge) 體(ti) 的牙垢。

小細菌不“簡單”

口腔微生物群是人體(ti) 內(nei) 最多樣化的微生物群落之一，目前估計有600多種分類。而且，口腔包含至少6種不同的生境，但牙齒生物膜，包括上下牙齦菌斑，是最具多樣性並且在臨(lin) 床上是最重要的。目前，與(yu) 之相關(guan) 的齲齒和牙周炎等牙科疾病造成了不小的健康負擔，而口腔微生物還與(yu) 口腔外的其他疾病有關(guan) 。

科學家已經知道大約70%的口腔細菌基因組成。美國福賽斯研究所等機構的研究人員發現，在長期饑餓實驗中，3種腸杆菌科相關(guan) 細菌比其他所有口腔細菌都活得長。該菌群的許多菌種已知都會(hui) 在醫院引起感染。

例如，一些克雷伯氏菌比良性“鄰居”在唾液混合物中存活時間更長，而多次耐抗生素克雷伯氏菌的致命暴發都可以追溯到醫院水槽和排水道。這些結果有助於(yu) 解釋某些危險細菌是如何在無菌的醫院環境中存活並感染病人的。相關(guan) 論文2019年刊登於(yu) 美國《國家科學院院刊》。

此外，研究人員認為(wei) ，口腔健康在預防癌症方麵可能有重要作用。瑞典卡羅林斯卡學院研究人員在《腸道》上發表的一項研究表明，囊性胰腺腫瘤中是否存在口腔細菌，與(yu) 腫瘤嚴(yan) 重程度有關(guan) 。

研究人員對在胰腺中發現口腔細菌感到驚訝，該結果有助於(yu) 重新評價(jia) 細菌在胰腺囊腫發展中的作用，從(cong) 而有望提高胰腺癌的診斷和治療水平。

然而除了健康影響，這些微生物還能告訴人們(men) 更古老的曆史故事。

在人的一生中，牙齒生物膜會(hui) 反複鈣化形成牙石，這是口腔微生物群的一種長期、穩定記錄。之前，考古學研究已經證明，牙石可以保存5萬(wan) 年前的真實口腔細菌元基因組。

最古老口腔微生物

此次，研究人員分析了過去10萬(wan) 年間人類和尼安德特人的口腔生物膜，並與(yu) 黑猩猩、大猩猩和吼猴進行了比較。

但研究幾十萬(wan) 年前的DNA是一項極具挑戰性的工作，就像考古學家要黏合破碎的罐子一樣，研究人員也必須將遠古基因組碎片拚湊在一起，以便重建過去的完整圖景。

研究人員開發了新的工具和計算方法，用於(yu) 分析數十億(yi) DNA片段，並確認了保存在牙齒化石中早已死亡的細菌群落。利用這些新工具，研究人員重建了塞爾維亞(ya) Pesturina洞穴10萬(wan) 年前的尼安德特人的口腔微生物組，這是成功重建的最古老口腔微生物組。

該論文主要作者、馬普學會(hui) 人類曆史科學研究所的James Fellows Yates告訴記者：“口腔微生物組的細菌DNA保存時間至少是之前認為(wei) 的兩(liang) 倍。”

在化石中，研究人員發現了10組細菌，它們(men) 是靈長類口腔微生物組的成員，一些已存在了4000多萬(wan) 年，至今仍在人類及其靈長類“親(qin) 屬”間共享。

雖然這些細菌數量驚人，但人們(men) 對它們(men) 的研究很少，有些甚至連種名都沒有。福賽斯研究所高級研究員Floyd Dewhirst說：“許多最重要的類群特征被描述得很差，我們(men) 仍在了解這些群落的新成員，相關(guan) 結果為(wei) 我們(men) 提供了進行完整鑒定的新目標菌種。”

此外，研究人員發現人類和尼安德特人的口腔微生物群特別相似，但兩(liang) 者之間仍有一些小區別，而這些差異記錄了遠古人類的進化故事。

馬普學會(hui) 人類曆史科學研究所博士後研究員Irina Velsko告訴記者：“口腔細菌為(wei) 重建數萬(wan) 年前人類和尼安德特人的互動提供了一個(ge) 意想不到的機會(hui) 。人類和微生物進化生物學的交集令人著迷。”

講述過去的故事

當研究人員仔細觀察這些差異後，他們(men) 發現，生活在冰河時代的歐洲遠古人類與(yu) 尼安德特人共享一些菌株。由於(yu) 口腔微生物群通常是在兒(er) 童早期從(cong) 照顧者那裏獲得的，這種共享可能反映了早期人類與(yu) 尼安德特人曾聯姻並共同養(yang) 育子女。這也已經被在人類基因組中發現的尼安德特人DNA所證明。

但在大約1.4萬(wan) 年前，類似尼安德特人的口腔菌株就不再存在於(yu) 人類身上了，而這正是上一個(ge) 冰河時代末期，歐洲人口發生大量更替的時期。

此外，令研究人員感到驚訝的是，現代人和尼安德特人身上都存在的鏈球菌亞(ya) 群，似乎在人的早期進化中特別適應了消耗澱粉。這表明，早在農(nong) 業(ye) 出現之前，甚至在現代人進化之前，澱粉類食物在人類飲食中就很重要了。

澱粉類食物，如植物根、塊莖和種子，都是豐(feng) 富的能量來源。之前有研究認為(wei) ，向澱粉類食物的轉變，可能幫助人類祖先長出了特有的巨大大腦。

“我們(men) 發現澱粉酶結合是一種明顯的同源特異性特征，表明在人類進化早期，微生物也適應了富含澱粉的飲食。”研究人員在論文中寫(xie) 道。

“重建最古老祖先的食譜是一項艱巨的挑戰，但口腔細菌可能為(wei) 理解人類早期飲食變化提供了重要線索。”該研究首席高級作者、哈佛大學和馬普學會(hui) 人類曆史科學研究所聯合教授 Christina Warinner說，“細菌基因組的進化速度比人類基因組快得多，這使我們(men) 的微生物組成為(wei) 人類遙遠和近期進化曆史中重大事件的一個(ge) 特別敏感的指標。”

“該研究表明，將現代人微生物組的進化研究與(yu) 野生靈長類和古代人的宏基因組數據相結合，為(wei) 了解人類祖先口腔微生物組的狀態、微生物與(yu) 宿主關(guan) 係，以及現代人和尼安德特人進化中的重大事件提供了有價(jia) 值的見解。”研究人員寫(xie) 道。

在我們(men) 牙齒上生長、每天都要小心刷掉的不起眼的細菌斑，並不是沒有故事的小不點。

相關(guan) 論文信息：

https://dx.doi.org/10.1073/pnas.2021655118

https://doi.org/10.1073/pnas.1820594116

https://dx.doi.org/10.1136/gutjnl-2018-317458


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