Científicos recuperan los microbiomas de dientes humanos con 4.000 años de antigüedad
El análisis genético de dos dientes humanos de la Edad del Bronce hallados en una cueva de Irlanda, que conservaban en buen estado sus respectivos microbiomas, arrojan luz sobre el impacto de los cambios en la dieta humana a lo largo de los siglos.
Por el Trinity College Dublin
Científicos de Irlanda han logrado recuperar el microbioma de dientes humanos de hace 4.000 años. Foto: Lara Cassidy.
Investigadores del Trinity College Dublin (Irlanda) han conseguido recuperar microbiomas muy bien conservados de dos dientes que datan de hace 4.000 años y que fueron encontrados en una cueva de piedra caliza irlandesa. Los análisis genéticos de estos microbiomas dentales revelan cambios importantes en el microambiente bucal desde la Edad del Bronce hasta la actualidad.
Ambos dientes pertenecían al mismo individuo y han proporcionado además una instantánea de la salud bucal, de su dueño, un varón.
El estudio, realizado en colaboración con arqueólogos de la Universidad Tecnológica Atlántica y la Universidad de Edimburgo, aparece publicado en la revista Molecular Biology and Evolution.
La voz microbioma hace referencia al conjunto de microorganismos, como bacterias, virus, hongos y otros microbios, junto con sus genes, que viven en un ambiente particular; en este caso, en las piezas dentales. Este término se usa a menudo para describir a la comunidad de microorganismos que coexisten sobre los cuerpos de los seres vivos, incluidos los humanos.
Cada ser vivo alberga microbiomas únicos en diferentes partes de su organismo.
Cada ser vivo alberga microbiomas únicos en diferentes partes de su cuerpo, como la piel, la boca, el intestino y otros órganos y tejidos. Estos microorganismos juegan roles críticos en la salud y la enfermedad, e influyen en funciones como la digestión, la protección contra agentes patógenos, el desarrollo del sistema inmune y hasta en el estado de ánimo y el comportamiento.
En el caso de los dientes irlandeses de la Edad del Bronce, los autores identificaron varias bacterias relacionadas con las enfermedades de las encías y proporcionaron el primer genoma antiguo de alta calidad del Streptococcus mutans, el principal agente bacteriano responsable de la caries dental.
Mientras que la Streptococcus mutans es muy común en las bocas humanas en la actualidad, es excepcionalmente rara en el registro genómico antiguo. Una de las razones puede radicar en la naturaleza ácida de esta especie de bacteria. Cuando metaboliza carbohidratos fermentables como la glucosa, la sacarosa y la fructosa, Streptococcus mutans produce diferentes ácidos —ácido láctico, ácido fórmico, ácido propiónico y ácido acético— que circulan a través de la placa dental hacia el esmalte poroso y favorecen un proceso conocido como desmineralización.
Estos ácidos descomponen el diente, pero también destruye el ADN e impide que la placa dental se fosilice, aseguran los autores del estudio. Mientras que la mayoría de los microbiomas orales antiguos se extraen de la placa fosilizada, en este caso fueron recuperados directamente del diente.
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Bacteria Streptococcus mutans, principal responsabel de las caries. Crédito: M. Matsumoto-Nakano
Otra razón de la escasez de Streptococcus mutans en las bocas antiguas puede ser la falta de hábitats favorables para esta especie amante del azúcar. En el registro arqueológico se observa un repunte de las caries dentales tras la adopción de la agricultura cerealista hace miles de años, pero solo se ha producido un aumento mucho más espectacular en los últimos cientos de años, cuando se introdujeron los alimentos azucarados en las dietas diarias.
Los dientes de la muestra formaban parte de un conjunto esquelético más amplio excavado en la cueva de Killuragh, en el condado de Limerick, por el difunto Peter Woodman, del University College Cork.
Mientras que otros dientes de la cueva mostraban una caries dental avanzada, en los dientes de la muestra no se apreciaban signos de que sufrieran este daño. Sin embargo, un diente presentaba una cantidad sin precedentes de ADN de Streptococcus mutans, señal de un desequilibrio extremo en la comunidad microbiana oral.
Imagen conceptual de una familia de la Edad del Bronce cenando al aire libre generada con DALL-E.
"Nos sorprendió mucho ver una abundancia tan grande de Streptococcus mutans en este diente de 4.000 años de antigüedad— dice Lara Cassidy, profesora adjunta de la Facultad de Genética y Microbiología del Trinity y autora principal del estudio. Y añade—: Es un hallazgo extraordinariamente raro y sugiere que este hombre corría un alto riesgo de desarrollar caries justo antes de su muerte".
Hipótesis de la desaparición del microbioma: los microbiomas modernos son menos diversos que los de nuestros antepasados.
Los investigadores también descubrieron que otras especies de estreptococos estaban prácticamente ausentes en el diente. Esto indica que se había alterado el equilibrio natural de la biopelícula oral: los mutans habían superado a los demás estreptococos, lo que condujo al estado previo a la enfermedad.
El equipo también encontró pruebas que apoyan la hipótesis de la desaparición del microbioma, según la cual los microbiomas modernos son menos diversos que los de nuestros antepasados. Esto es motivo de preocupación, ya que la pérdida de biodiversidad puede afectar a la salud humana. Los dos dientes de la Edad de Bronce contenían cepas muy divergentes de Tannerella forsythia, una bacteria implicada en las enfermedades de las encías.
Entrada de la cueva de Killuragh (Irlanda), donde se hallaron las dos piezas dentales de la Edad del Bronce de las que se ha recuperados su microbiomas. Crédito: Sam Moore / Marion Dowd
"Estas cepas de una sola boca antigua eran más diferentes genéticamente entre sí que cualquier par de cepas modernas de nuestro conjunto de datos, a pesar de que las muestras modernas procedían de Europa, Japón y Estado Unidos— comenta Iseult Jackson, experta en genomas antiguos del Trinity College Dublin . Y continúa—: Esto representa una importante pérdida de diversidad que debemos comprender mejor".
Se han recuperado muy pocos genomas completos de bacterias orales anteriores a la época medieval. Al caracterizar la diversidad prehistórica, los autores pudieron revelar los cambios drásticos que se han producido desde entonces en el microambiente bucal.
"En los últimos 750 años, se ha hecho dominante en todo el mundo un único linaje de Tannerella forsythia. Este es el signo revelador de la selección natural, en la que una cepa aumenta rápidamente su frecuencia debido a alguna ventaja genética que posee sobre las demás— advierte Cassidy. Y añade—: Las cepas de Tannerella forsythia de la era industrial en adelante contienen muchos genes nuevos que ayudan a la bacteria a colonizar la boca y causar enfermedades”.
Cambios bacterianos asociados al consumo masivo de azúcar.
"Streptococcus mutans también ha experimentado expansiones recientes de linaje y cambios en el contenido de genes relacionados con la patogenicidad—dice Cassidy. Y continúa:—: Estos cambios coinciden con el consumo masivo de azúcar por parte de la humanidad, aunque descubrimos que las poblaciones modernas deStreptococcus mutanss han permanecido más diversas, con profundas divisiones en el árbol evolutivo deStreptococcus mutans anteriores al genoma Killuragh".
Los científicos creen que esto se debe a diferencias en los mecanismos evolutivos que dan forma a la diversidad del genoma en estas especies.
Streptococcus mutans es muy hábil para intercambiar material genético entre cepas, según Cassidy. "Esto significa que una innovación ventajosa puede propagarse a través de los linajes de Streptococcus mutans como una nueva pieza de tecnología. Esta capacidad de compartir fácilmente innovaciones puede explicar por qué esta especie conserva muchos linajes diversos sin que uno se convierta en dominante y sustituya a todos los demás."
En efecto, estas dos bacterias causantes de enfermedades han cambiado drásticamente desde la Edad de Bronce hasta hoy, pero parece que las transiciones culturales muy recientes en la era industrial han tenido un impacto desmesurado.
Información facilitada por el Trinity College Dublin
Fuente: Iseult Jackson, Peter Woodman, Marion Dowd, Linda Fibiger, Lara M Cassidy. Ancient Genomes From Bronze Age Remains Reveal Deep Diversity and Recent Adaptive Episodes for Human Oral Pathobionts, Molecular Biology and Evolution (2024). DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/msae017
