大约19000年前，一名女子死于西班牙北部。她的尸体被故意用赭石色天然颜料块掩埋，放在一块石灰石后面的一个叫El Mirón的洞穴里。2010年，当她的赭色骨骼被发掘出来时，考古学家给她起了个绰号“红夫人”。对她的身体进行的仔细治疗为科学家们提供了深入了解当时人们是如何埋葬死者的见解。
由于当时口腔卫生状况不佳，她的牙齿正在帮助照亮一个细菌及其化学产物消失的世界。研究人员从牙石（堆积在牙齿上的岩石硬斑块）中成功地恢复并重建了红夫人和其他几十名古代人口腔中细菌的遗传物质。
今天在《Science》报道的基因重建足够准确复制细菌产生的酶来帮助消化营养。
在过去几十年里，古DNA的测序揭示了长期死亡生物体的物理和生理特征，但研究人员也使用同样的技术检测了大量细菌群落或微生物组的基因，这些细菌群落或细菌组曾在长期死亡的人的口腔和肠道中存在。
这项工作让他们了解到，在抗生素和加工食品问世之前，哪些微生物物种可能与人类共存。但由于研究人员只能使用现代微生物作为参考，这种理解受到了限制。
这项新研究的合著者、哈佛大学遗传学家Christina Warinner表示：“我们仅限于目前已知的细菌。我们忽略了来自未知或可能灭绝生物的大量DNA。”打破这一障碍是一个巨大的挑战。从降解的古DNA中重建口腔微生物群——一种由数百种不同细菌组成的汤，以及数以百万计的单个细菌。
事实上，Warinner的团队花了近3年的时间来调整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。最后，根据46具古代骨骼的牙石，包括十几具尼安德特人和死于3万至150年前的现代人，瓦林纳及其同事从数十种已灭绝或以前未知的口腔细菌中鉴定出DNA。
接下来，这支队伍为现代的Pseudomonas protegens细菌装备了一对古老的基因，这些古基因生产的蛋白质可以产生毫克级的呋喃分子。现代细菌被认为利用呋喃进行细胞信号传递。新的发现表明，古代细菌也确实如此，这是通过简单地对其基因组测序无法预测的。
乍一看，他们重建的微生物似乎不适合生活在口腔微生物群中。被确定为一种称为氯菌（chlorobium）的细菌，其现代近亲利用光合作用在少量光照下生存，并生活在厌氧条件下，如死水中。它们在现代人的口腔中找不到，似乎在约10000年前从古代人类中消失了。但这种氯菌可能进入了古代人的口中，因为他们在洞穴里或附近喝水。或者，它可能曾经是一些人古老口腔微生物群的正常组成部分，靠微弱的光线穿透脸颊存活下来。同事们表示，牙石是寻找这些古老微生物的理想场所。如果不定期清洁，牙齿会将剩饭剩菜和其他有机物困在一个矿物格中，基本上用石头包裹起来。这两者都有助于保存体内的任何DNA，并在身体腐烂时保护其免受污染。
口腔结石是找到未受污染样本的最佳场所的完美例子。外面的东西绝对不可能进来。
尽管研究人员成功地刺激了现代细菌表达其先前未被发现或已灭绝的同类基因，但这与侏罗纪公园不同。Warinner说：“我们还没有使[微生物]复活，但已经确定了制造我们感兴趣的化合物的关键基因。”
古微生物基因的恢复有可能阐明我们物种在人类进化过程中与细菌的关系。数十万年来，人类与其微生物伙伴和寄生虫共同进化。古代微生物产生的化合物可能在消化和免疫反应中发挥了重要作用。“细菌不像猛犸象或长毛犀牛那样有魅力，”她说，“但它们是自然界的化学家，是理解过去的关键。”
特伦托大学计算生物学家Nicola Segata表示，饮食的改变和抗生素的引入极大地改变了现代人类微生物组。对古代微生物进行测序并重新创造其化学产物“将有助于我们确定微生物组在过去可能失去的功能”。哥本哈根大学（University of Copenhagen）的分子古生态学家Mikkel Winther Pedersen补充说，恢复这些“丢失”的基因可能有一天会帮助科学家设计新的疾病治疗方法。
参考文献：Natural products from reconstructed bacterial genomes of the Middle and Upper Paleolithic
