Fossilt DNA og proteiner kan i det hele taget bane vejen for at forstå hvordan livsstil, kost og mikrober har formet vores sundhed. Et dansk-ledet internationalt forskerhold har netop fundet en ny kilde til viden om fortiden: Tandsten på tænderne af oldgamle kranier.
Med DNA og proteiner gemt i de brune aflejringer kan de nu se et fantastisk detaljeret billede af, hvad der levede i munden af tyske munke for mere end 800 år siden i Middelalderen.
Og molekylerne afslører et biologisk drama fastfrosset i tiden – immunforsvaret i fuld gang med at bekæmpe bakterieangreb.
»Det er fuldstændig som at finde de arkæologiske levn fra et forhistorisk slag, bare på det molekylære niveau,« siger kemikeren Enrico Cappellini ved Center for Geogenetik, Københavns Universitet, der har stået bag studiet.
Sundhedsproblemer kan være kædet til kostændringer
Studiet åbner for store perspektiver. De seneste år har forskerne vist, at bakterier spiller en enormt vigtig rolle for vores helbred, herunder fedme, hjerte-kar-sygdomme og diabetes. Langt fra blot at være snyltende fjender er bakterierne gennem evolutionen blevet så sammensmeltede med os, at forskerne omtaler dem som et ekstra organ – ’mikrobiomet’.
»Et af de store spørgsmål er om det moderne menneskelige mikrobiom er en meget ny ting – om det har ændret sig med livsstilen eller om vi altid har haft det,« siger professor ved Center for Geogenetik Tom Gilbert, der også har deltaget i studiet.
Man kan for eksempel forestille sig, at mange af nutidens sundhedsproblemer er kædet sammen med et mikrobiom, der så at sige er spændt til bristepunktet, fordi der er sket så dramatiske forandringer med vores kost og livsstil med blandt andet industrialiseringen og tidligere overgangen fra jæger-samler til agerbruger.
Tandsten kan måske løse mysteriet
Den slags svar kan ligge gemt i tandstenene på tænderne af vores forfædre. Studiet er netop offentliggjort i det højt anset videnskabelige tidsskrift Nature Genetics.
Der er tale om et pionér-studie, hvor Enrico Cappellini i samarbejde med forskere fra blandt andet Zürich i Schweiz og York i England har undersøgt tandsten fra tænderne af fire munke, der levede i Middelalderen (cirka år 950-1200) og som blev begravet ved klosteret i Dalheim, Tyskland.
Tandsten er tætte mineralske lag, opbygget af bakterier på tændernes overflade, og det viser sig, at det nærmest er en tidkapsel, som bevarer biomolekylerne i et beskyttende panser.
DNA-undersøgelser viser bredt udvalgt af bakterier
Med moderne DNA-teknologi og massespektrometri lykkedes det Cappellini og kolleger at identificere rigelige mængder DNA-molekyler og proteiner.
Det afslører et bredt udvalg af bakterier, inklusiv 40, som man ved spiller en rolle i forskellige mund- og tandsygdomme. De finder for eksempel:
-
Bakterien S. mutans, der kan give huller i tænderne
-
Flere bakterier, som man ved kan medføre en risiko for hjerte-kar-sygdomme (A. actinomycetemcomitans, S. mutans og S. mitis), samt
- Tre særligt hyppige bakterier, der har med tandkødsbetændelse at gøre (T. forsythia, P. gingivalis og T. denticola).
Samtidig finder de proteiner, der viser, at bacillerne er skarpt bevæbnede med overfladeproteiner, som kan kile sig ind mellem vores celler og andre, der kan hjælpe med at undvige immunforsvaret.
Forskerholdet kortlægger også arvemateriale fra en sygdomsbakterie
De finder også menneske-proteiner – 43, hvoraf 25 er vigtige elementer af immunforsvaret, herunder nogle der kan prikke huller i bakteriernes ydre skjold og andre der afvæbner bakteriernes angrebsproteiner.
Det er med andre ord våbnene fra en sygdomskamp, der var under fuld udvikling, da munkene gik bort. En slagmark, forskerne kan lokalisere til overfladen af tænderne, fordi profilerne i kæbeknoglen og inde i tanden er helt anderledes.
Forskerholdet finder flere andre interessante ting. De kortlægger også arvematerialet af en af sygdomsbakterierne, T. forsythia, og kan se, at den har adskillige antibiotika-resistens-gener.
»Det er første gang, man ser fossile prøver fra mennesker med bakterier, der har antibiotisk resistens, længe inden vi begyndte at fremstille antibiotika industrielt,« siger Enrico Cappellini.
Munkene spiste svin
Fundet peger på mundens mikrober som en vigtig kilde og et potentielt reservoir for antibiotika-resistensgener, der kan udveksles mellem mange forskellige baciller. Og det kan have betydning for forståelsen af, hvordan problemer med resistente bakterier i vores dage opstår.
Endelig finder de også DNA fra den mad, munkene spiste og kan se, at der sidder molekylære levn fra svin, kål og hvede tilbage i mellem tænderne.
Det er potentielt meget interessant, fordi vores viden om kosten og hvad vores forfædre spiste dybt tilbage i tiden er ret beskeden. Men med DNA-stumper skjult i tandstenene, vil forskerne kunne få et meget detaljeret billede.
»Det kunne være utroligt interessant at undersøge tandsten fra neandertalere og mennesker, der levede dybt tilbage i tiden for 50.000 år siden eller mere,« siger Enrico Cappellini.
En ubalance kan have stor betydning for folkesundheden
Man ville kunne undersøge, om de store forandringer i kosten i forbindelse med skiftet fra jæger-samler til agerbruger har ændret vores bakterieflora, og om det har betydning for vores sundhed.
»Omkring 80 procent af befolkningen oplever problemer med mundsygdomme i løbet af deres levetid, og det kunne tyde på, at vores relation til mundens mikrober biologisk endnu ikke er optimeret til at være symbiotisk‚« siger Cappellini.
Vi har blot 1 celle for hver 10 bakterieceller, der lever på og i vores krop, og det er tankevækkende, at bakterierne over det meste af kroppen går fint i spænd med vores egne celler, men lige i munden udløser de jævnlige tandlægebesøg.
Det kunne pege på en særlig ubalance, som potentielt kan have stor betydning for folkesundheden – eksempelvis ved man, at der er en sammenhæng mellem bakteriefloraen i mundhulen og risikoen for hjerte-kar-sygdomme.
Proteiner er mere stabilt end DNA
Det nye studie markerer et vigtigt skridt i et nyt felt af ‘palæo-proteomics’, som Cappellini og kolleger for alvor åbnede døren til i 2012 med et skelsættende studie på 43.000 år gamle mammutproteiner.
Dengang lykkedes det at kortlægge over 100 forskellige proteiner og vise, at fossiler kan være kilde til mange flere proteiner, end den lille håndfuld af de allermest rigelige, som forskerne hidtil har fundet.
Det interessante er, at proteiner er mere stabile end DNA, så man potentielt kan studere for eksempel slægtskaber dybere tilbage i tiden end med DNA.
Omkring 80 procent af befolkningen oplever problemer med mundsygdomme i løbet af deres levetid, og det kunne tyde på, at vores relation til mundens mikrober biologisk endnu ikke er optimeret til at være symbiotisk
Enrico Cappellini
Men det måske mest interessante er, at proteinerne åbner en helt ny dør til forhistorien, hvor forskerne kan få viden om selve individets tilstand ud fra de processer, der foregik.
Læs også: Genetikere og proteinforskere genskaber ødelagt mammut DNA
Proteinerne er meget forskellige
Hvor DNA’et er identisk i alle kroppens celler, er proteiner meget forskellige, for eksempel fra en levercelle til nervecelle, i løbet af en organismes udvikling og ikke mindst i sygdom.
Med munkenes tandsten viser forskerne nu, hvordan proteinerne kan afsløre en sygdom i fuldt flor og organismens reaktion på det.
Det kan man forestille sig kan bruges til mange andre studier i fremtiden, eksempelvis til at afsløre, om et individ led af sygdomme som diabetes, lungebetændelse eller tuberkulose.
Og i kombination med fossilt DNA kan de fossile proteiner blive et særdeles stærkt redskab til at studere, hvordan nutidens store folkesygdomme som fedme og diabetes har udviklet sig gennem historien.
Mutationer kan måske afsløre forhøjet risiko for diabetes
Man kan forestille sig, at mutationer i fossilt arvemateriale afslører, at individet havde en forhøjet risiko for diabetes, og man så bruger de fossile proteiner til identificere den faktiske tilstand.
Man vil potentielt kunne få et enestående øjebliksbillede af livet i en glemt verden, og ‘palæo-lægen’ vil næsten kunne tage patienten i hånden stille en diagnose.
Og med flere skeletter endda få et detaljeret billede af forhistoriens folkesundhed og hvordan den er udviklet.
