고대 구강 미생물군집은 농업으로의 점진적인 신석기 식단 전환을 지원합니다

Nature Communications 13권, 기사 번호: 6927(2022) 이 기사 인용

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인간 미생물군집은 최근 숙주의 생명과 건강에 관한 귀중한 정보원이 되었습니다. 신석기 시대 농업으로의 전환과 같은 우리 역사의 주요 단계에서 그것이 어떻게 진화했는지에 대해서는 현재까지 알려진 바가 거의 없습니다. 여기서 우리는 구석기 시대 수렵 채집인과 이탈리아의 동일한 제한 지역에 거주했던 신석기 및 구리 시대 농부를 비교하여 이러한 전환 동안 구강 미생물군집이 경험한 진화에 대해 조명합니다. 우리는 76개의 치아 미적분학 구강 미생물군집 분석을 내장된 식물 잔해의 식별에서 파생된 식이 정보와 통합합니다. 우리는 신석기 시대의 마지막 부분에서 수렵채집인의 미생물군집 구성에서 더 큰 편차가 발견되는 반면, 전환의 초기 단계에서는 그 정도가 덜한 것으로 나타났습니다. 우리의 연구 결과는 농업의 도입이 숙주 미생물군집에 영향을 미쳤음을 보여주며 조사 대상 집단 내에서 점진적인 전환에 대한 가설을 뒷받침합니다.

지난 10년 동안 여러 연구에서 미생물군집이 인간과 주변 환경 사이의 일종의 인터페이스로 확인되었습니다. 인간 미생물군집은 여러 메커니즘1,2을 통해 숙주 건강에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 숙주 유전학보다는 숙주의 생활 조건(예: 생활 방식, 환경)과 관련된 변수에 의해 형성됩니다3,4. 인간 미생물군집에 대한 메타유전체 분석이 시작된 이래로 전 세계의 다양한 인구 집단 사이에서 장내 미생물군집 구성 내에서 엄청난 수준의 가변성이 존재한다는 것이 강조되었습니다5,6. 그럼에도 불구하고 이러한 미생물 군집이 인간 진화 과정에서 어떻게 발생하고 숙주와 함께 공동 진화했는지는 아직 의문으로 남아 있습니다.

고대 DNA(aDNA) 연구를 통해 이러한 복잡한 미생물 군집이 시간이 지남에 따라 어떻게 진화하여 현재의 구성에 도달했는지 설명할 수 있을 뿐만 아니라 과거 사회, 문화 및 생활 조건에 관한 실질적인 정보를 제공할 수 있습니다7,8. 연구자들은 현재 인간과 관련된 미생물 군집의 진화를 밝히는 데 크게 기여할 수 있는 도구로서 코프롤라이트(즉, 화석화된 대변 잔해)와 치아 미적분학의 고대 미생물군집 연구를 고려하고 있습니다9,10.

인간 미생물군집의 진화에 관한 뛰어난 질문 중 하나는 신석기 시대 농업으로의 전환이 구강 미생물군집 구성과 생물 다양성을 어떻게 형성했는지와 관련이 있습니다. 현대 인구를 대상으로 수행된 분석에서는 전통 사회 또는 수렵채집 사회를 도시 공동체와 비교할 때 구강 미생물 생태학의 변화가 발견되었습니다11,12,13,14. 그러나 과거에 비해 농업으로의 전환에 초점을 맞춘 최근 연구들은 논란의 여지가 있는 결과를 보여주었습니다. 예를 들어, 예비 고대 구강 미생물군집 데이터는 신석기 시대 전환과 관련된 박테리아 종 풍부도의 변화를 시사했는데, 이는 구강 미생물군집 진화에 대한 최근 연구에서는 재현할 수 없었습니다8,15. 남부 유럽의 추가 연구에서는 전환과 관련된 변이가 거의 발견되지 않았으며 주로 박테리아 게놈 변이의 지리적 패턴을 식별했습니다16. 현재까지 고대 신석기 미생물군집에 대한 연구는 뚜렷한 생태적 조건과 생존 전략을 특징으로 하는 넓은 지리적 영역에 분포된 소규모 샘플 그룹에 주로 의존해 왔으며, 이로 인해 지리적 및 식이 편향이 발생할 수 있습니다. 실제로, 다양한 미생물군 소스에서 관찰된 바와 같이, 치태에 서식하는 미생물 군집은 식이, 생태 및 생활 조건의 영향을 받는 것으로 보입니다17,18,19. 더욱이, 고고학적 증거에 따르면 신석기 전환은 단일체 사건이 아니었지만 동시 공동체 전반에 걸쳐 채택된 생존 전략에서 차이가 발생했습니다20,21,22. 이 증거는 작은 표본 크기와 다양한 생태 조건을 특징으로 하는 다양한 신석기 공동체를 비교할 때 문화적 변화보다는 지리적 변화 패턴이 주로 감지되는 이유를 설명할 수 있으므로 이 질문은 열려 있습니다. 따라서 고고학적 배경과 생태학적 맥락 모두에 주의를 기울이는 것은 농업 전환이 구강 미생물군집에 미치는 영향을 맥락화하는 데 기본이 됩니다.

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>