Sebuah makalah baru masuk Biologi dan Evolusi Molekulerditerbitkan oleh Oxford University Press, mengungkap mikrobioma yang terpelihara dengan baik dari dua gigi berusia 4.000 tahun di sebuah gua batu kapur di Irlandia. Ini berisi bakteri penyebab penyakit gusi, serta genom purba berkualitas tinggi pertama S.mutansbakteri mulut yang merupakan salah satu penyebab utama kerusakan gigi.
Penemuan ini memungkinkan para peneliti untuk menilai dampak perubahan pola makan di masa lalu terhadap mikrobioma mulut selama ribuan tahun, termasuk perubahan besar yang terjadi bersamaan dengan mempopulerkan gula dan industrialisasi. Gigi tersebut, keduanya berasal dari manusia Zaman Perunggu yang sama, juga memberikan gambaran kesehatan mulut di masa lalu, dengan satu gigi menunjukkan bukti disbiosis mikrobioma.
DNA mikroba yang diekstraksi dari gigi manusia purba dapat memberikan informasi tentang evolusi mikrobioma mulut. Apa perbedaan mulut nenek moyang kita dengan mulut kita dan mengapa? Pelestarian DNA yang sangat baik dalam fosil plak gigi telah menjadikan rongga mulut salah satu aspek tubuh manusia purba yang paling banyak dipelajari. Namun, para ilmuwan hanya mengambil sedikit sekali genom lengkap dari bakteri mulut sebelum era Abad Pertengahan. Para peneliti memiliki pengetahuan yang terbatas tentang keanekaragaman bakteri prasejarah dan dampak relatif dari perubahan pola makan saat ini dibandingkan dengan perubahan pola makan pada zaman dahulu, seperti penyebaran pertanian yang dimulai sekitar sepuluh ribu tahun yang lalu.
S.mutans merupakan penyebab utama gigi berlubang dan sangat umum terjadi pada mikrobioma mulut. Namun, hal ini sangat jarang terjadi dalam catatan genom kuno. Salah satu alasan kelangkaannya mungkin karena sifatnya yang menghasilkan asam – asam ini menyebabkan kerusakan gigi tetapi juga menurunkan DNA dan mencegah mineralisasi plak. Tidak adanya S.mutans DNA di mulut purba juga bisa mencerminkan habitat yang kurang menguntungkan bagi spesies tersebut sepanjang sejarah manusia. Para arkeolog telah mengamati peningkatan jumlah gigi berlubang pada sisa-sisa kerangka setelah penerapan pertanian serealia, namun gigi berlubang menjadi lebih umum terjadi pada periode Modern Awal, dimulai sekitar tahun 1500 Masehi.
Sampel gigi tersebut merupakan salah satu kumpulan besar sisa kerangka yang digali dari gua batu kapur di Killuragh, County Limerick, oleh mendiang Peter Woodman dari University College Cork. Meskipun gigi lain di dalam gua menunjukkan kerusakan gigi tingkat lanjut, tidak ada bukti adanya karies pada gigi sampel. Namun demikian, satu akar gigi menghasilkan jumlah yang belum pernah terjadi sebelumnya mutans urutan.
“Kami sangat terkejut melihat jumlah yang begitu besar mutans pada gigi berusia 4.000 tahun ini” kata Lara Cassidy, asisten profesor di Trinity College Dublin dan penulis senior studi tersebut. “Ini adalah penemuan yang sangat langka dan menunjukkan bahwa pria ini berisiko tinggi terkena gigi berlubang tepat sebelum kematiannya.”
Kondisi gua yang sejuk, kering, dan basa mungkin berkontribusi terhadap pelestarian yang luar biasa S.mutans DNA, namun kelimpahannya yang tinggi juga menunjukkan disbiosis. Para peneliti menemukan hal itu sementara S.mutans DNA berlimpah, spesies streptokokus lainnya hampir tidak ada dalam sampel gigi. Ini menyiratkan bahwa keseimbangan alami biofilm mulut telah terganggu – mutans telah mengungguli spesies lain yang mengarah ke kondisi sebelum penyakit.
Studi ini mendukung hipotesis “menghilangnya mikrobioma”, yang menyatakan bahwa mikrobioma nenek moyang kita lebih beragam daripada mikrobioma kita saat ini. Di samping S.mutans genom, penulis merekonstruksi dua genom untuk T.forsythia – bakteri yang terlibat dalam penyakit gusi – dan menemukan bahwa bakteri tersebut sangat berbeda satu sama lain, sehingga menunjukkan tingkat keragaman strain yang jauh lebih tinggi pada populasi prasejarah.
“Dua sampel gigi mengandung strain yang cukup berbeda T.forsythiajelas Iseult Jackson, kandidat PhD dan penulis pertama studi tersebut. “Strain dari satu mulut purba ini secara genetik lebih berbeda satu sama lain dibandingkan pasangan strain modern mana pun dalam kumpulan data kami, meskipun sampel modern ini berasal dari Eropa, Jepang, dan Amerika Serikat. Hal ini menarik karena hilangnya keanekaragaman hayati dapat berdampak negatif terhadap lingkungan mulut dan kesehatan manusia.”
Yang direkonstruksi T.forsythia Dan S.mutans genom mengungkapkan perubahan dramatis dalam lingkungan mikro mulut selama 750 tahun terakhir. Dalam beberapa abad terakhir, satu garis keturunan T.forsythia telah menjadi dominan dalam populasi global. Ini adalah tanda-tanda episode selektif – di mana frekuensi satu strain meningkat dengan cepat karena beberapa keunggulan genetik. Para peneliti menemukan bahwa pasca-industri T.forsythia genom telah memperoleh banyak gen baru yang membantu bakteri menjajah lingkungan mulut dan menyebabkan penyakit.
S.mutans juga menunjukkan bukti perluasan garis keturunan baru-baru ini dan perubahan kandungan gen, yang bertepatan dengan mempopulerkan gula. Namun, para penyelidik menganggapnya modern S.mutans populasinya tetap lebih beragam dibandingkan T.forsythiadengan perpecahan yang mendalam di dalamnya mutans pohon evolusi sebelum genom Killuragh. Mereka yakin hal ini didorong oleh perbedaan mekanisme evolusi yang membentuk keragaman genom pada spesies tersebut.
“S.mutans sangat mahir dalam menukar materi genetik antar strain.” kata Cassidy “Hal ini memungkinkan inovasi yang bermanfaat dapat disebarluaskan mutans garis keturunan, daripada satu garis keturunan menjadi dominan dan menggantikan garis keturunan lainnya.”
Sebenarnya, kedua bakteri penyebab penyakit ini telah berubah secara dramatis sejak Zaman Perunggu hingga saat ini, namun nampaknya transisi budaya yang terjadi belakangan ini, seperti konsumsi gula, mempunyai dampak yang sangat besar.