Bronzezeit: Genom von S. mutans zeigt Karies vor 4.000 Jahren

Killuragh Cave: 4.000 Jahre alte Zähne sehr gut erhalten (Foto: Sam Moore/Marion Dowd)

Dublin (pte007/27.03.2024/10:30) - Forscher des Trinity College Dublin ( https://www.tcd.ie ) haben gut erhaltene Mikrobiome von zwei 4.000 Jahre alten Zähne in einer Kalksteinhöhle in Irland freigelegt. Sie enthalten Bakterien, die Zahnfleischerkrankungen verursachen. Zudem konnte das erste sehr alte Genom von S. mutans mit sehr hoher Qualität nachgewiesen werden - eine der Hauptursachen für Karies. Die Entdeckungen ermöglichen den Forschern, die Folgen von Veränderungen in der Ernährung auf das orale Mikrobiom im Verlauf der Jahrtausende zu beurteilen. Dazu gehörten die Verbreitung von Zucker und die Industrialisierung. Beide Zähne stammen vom gleichen Mann aus der Bronzezeit und liefern auch eine Momentaufnahme der oralen Gesundheit jenes Zeitalters. So wies ein Zahn auch Spuren einer Dysbiose auf, eines Ungleichgewichts des Mikrobioms. Die Studie ist kürzlich in "Molecular Biology and Evolution" erschienen.

Überraschend viel Mutans

Die gefundenen Zähne gehören zu Skelett-Überresten, die Peter Woodman vom University College Cork ( https://www.ucc.ie/en ) aus einer Kalksteinhöhle bei Killuragh ausgegraben hatte. Während andere Zähne aus der Höhle einen fortgeschrittenen Befall mit Karies aufwiesen, war bei den untersuchten Zähnen keine Spur davon zu sehen. Trotzdem verfügte eine Zahnwurzel über eine noch die dagewesene Menge an Mutans-Sequenzen. Laut Seniorautorin Lara Cassidy waren die Forscher sehr überrascht eine derart große Menge von Mutans bei diesem 4.000 Jahre alten Zahn zu finden. Der seltene Fund legt nahe, dass dieser Mann über ein hohes Risiko verfügte, Löcher in den Zähnen zu bekommen.

Die kühlen, trockenen und alkalischen Bedingungen in der Höhle dürften zur außergewöhnlichen Erhaltung der DNA von S. mutans beigetragen haben. Die große Menge weist aber auch auf eine Dysbiose hin. Andere Streptokokkenarten fehlten jedoch bei dieser Zahnprobe nahezu vollständig. Das weist darauf hin, dass das natürliche Gleichgewicht des oralen Biofilms gestört worden war. Mutans hatte die anderen Arten von Bakterien quasi aus dem Feld geschlagen und zu einem Zustand vor dem Eintreten der Erkrankung geführt.

Diese Studie stützt die Disappearing-Microbiome-Hypothese, die davon ausgeht, dass das Mikrobiom der Vorfahren des Menschen vielfältiger war als heute. Zusätzlich zum Genom von S. mutans rekonstruierten die Forscher zwei Genome für T. forsythia, einem Bakterium, das bei Zahnfleischererkrankungen eine Rolle spielt. Die beiden Genome erwiesen sich als sehr unterschiedlich. Auch das weist auf eine größere Diversität der Stämme bei den prähistorischen Menschen hin.

Zucker spielt Schlüsselrolle

Die rekonstruierten Genome von T. forsythia und S. mutans ergaben für die letzten 750 Jahren drastische Veränderungen der oralen Mikro-Umgebung. In den letzten Jahrhunderten wurde eine Linie von T. forsythia weltweit dominant. Dabei handelt es sich um ein verräterisches Anzeichen für eine selektive Periode, in der ein Stamm aufgrund genetischer Vorteile stark an Verbreitung gewinnt. Die Genome von T. forsythia hatten nach der Industrialisierung zahlreiche neue Gene dazugewonnen. Sie helfen dem Bakterium, sich auszubreiten und eine Krankheit zu verursachen. S. mutans zeigte zudem Belege von erst kürzlich erfolgten Expansionen der Abstammungslinien, die mit der Verbreitung von Zucker zusammenfällt.

Die modernen S. mutans-Populationen sind jedoch, so die Forscher, unterschiedlicher geblieben als T. forsythia. Der Evolutionsbaum von Mutans weist allerdings tiefe Risse auf, die noch vor dem Genom aus Killuragh entstanden sind. Dafür dürften die Unterschiede in den evolutionären Mechanismen verantwortlich sein, die die Genomvielfalt bei diesen Arten formen. Diese beiden Bakterien haben sich laut der Studie seit der Bronzezeit drastisch verändert. Es scheint jedoch so zu sein, dass erst kürzlich erfolgte Veränderungen wie der Konsum von Zucker eine unverhältnismäßig große Auswirkung gehabt haben.

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