牙石“捕获”了DNA。图片来源：FELIX WEY

本报讯 大约1.9万年前，一名女性死于西班牙北部。她的遗体被特意埋在天然赭石碎片中，并放置于埃尔米龙洞穴的一块石灰石后面。2010年，当她的赭色骨骼出土时，考古学家将她称为“红娘子”。

由于那时糟糕的口腔卫生，“红娘子”的牙齿可以帮助阐明一个消失的细菌及其化学产物的世界。研究人员从牙齿上堆积的坚硬牙石中成功恢复并重建了生活在“红娘子”和其他几十个远古人口腔中的细菌的遗传物质。相关论文近日发表于《科学》。

“他们能从数百万块拼图中重建基因组，这是一项伟大的成就。”未参加研究的美国波多黎各大学环境微生物学家Gary Toranzos说。

“饮食的变化和抗生素的引入极大改变了现代人类微生物组。”意大利特伦托大学计算生物学家Nicola Segata表示，对古代微生物进行测序并重新创造它们的化学产物，“将帮助我们确定人类微生物群过去可能具有而现在已经丧失的功能”。

丹麦哥本哈根大学分子古生态学家Mikkel Winther Pedersen补充说，复活这些“丢失”的基因，有一天可能有助于科学家设计新的疾病治疗方法。

过去几十年里，古代DNA测序揭示了死亡已久的生物体的物理和生理特征。研究人员使用同样的技术检查了大量细菌群落或微生物组基因，这些微生物曾经在死亡已久的人的口腔和肠道中繁殖。

这项工作让研究人员深入了解了在抗生素和加工食品出现前，哪些微生物物种可能与人类共存。

论文作者、哈佛大学遗传学家Christina Warinner表示：“我们仅限于今天所知道的细菌，而忽略了来自未知或可能灭绝的生物的大量DNA。”

为此，Warinner的团队花了近3年时间调整DNA测序工具和计算机程序，以处理在古代样本中发现的更短的DNA片段。最终，他们利用46具古代骨骼的牙石鉴定出数十种已灭绝或以前未知的口腔细菌DNA，其中包括12名死于3万年至150年前的尼安德特人和现代人。

接下来，研究小组将现代假单胞菌与一对古老的基因结合起来，制造出能产生数毫克呋喃分子的蛋白质。人们认为现代细菌利用呋喃进行细胞信号传导。新的发现表明，古代细菌也能做到这一点——这是不可能通过简单的基因组测序预测的。

牙石是寻找这些古老微生物的理想场所。如果没有定期清洁口腔，牙齿上残留的食物和其他有机物会被包裹在“石头”中。这既有助于保存人体内的任何DNA，也能在身体腐烂后保护其免受污染。

乍一看，研究小组重建的微生物似乎与口腔微生物组格格不入。一种被鉴定为绿菌的细菌，其现代亲属利用光合作用在少量光照下生存，并生活在厌氧条件下。而它似乎在大约1万年前就从古代人类身上消失了。

“这种细菌可能是远古人在洞穴中或洞穴附近喝水时进入口腔的，也可能是古老口腔微生物组的正常组成部分，依靠穿透脸颊的微弱光线生存。”Warinner解释说。

尽管研究人员成功促使现代细菌表达了它们以前未被发现或灭绝的表亲的基因，但“还没有让微生物复活”。Warinner说。不过，研究小组已经确定了制造他们感兴趣的化合物的关键基因。（王方）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adf5300