Eski İnsan Dişlerinde Kayıp Mikrobik Genler Bulundu

Bilim insanları, düzinelerce eski insanın oral mikrobiyomlarını yeniden yapılandırarak soyu tükenmiş genleri ortaya çıkardı. 

Kuzey İspanya’da yaklaşık 19.000 yıl önce bir kadın öldü. Vücudu kasıtlı olarak doğal pigment aşı boyası parçalarıyla gömüldü ve El Mirón olarak bilinen bir mağarada bir kireçtaşı bloğunun arkasına yerleştirildi. 2010 yılında aşı boyasıyla boyanmış kemikleri ortaya çıkarıldığında, arkeologlar ona Kırmızılı Kadın (Red Lady) adını takmıştı. Kalıntıların dikkatli bir şekilde ele alınması, bilim insanlarına o dönemden insanların ölülerini nasıl gömdüklerine dair bilgiler sağladı.

Şimdi ise o dönemdeki yetersiz diş bakımı sayesinde dişler, artık yok olmuş bir mikroorganizmalar dünyasını ve bunların kimyasal bileşiklerini ortaya çıkarıyor. Araştırmacılar, dişlerde biriken kaya gibi sert plak olan diş taşından, Kırmızılı Kadın’ın ve onlarca diğer eski bireyin ağzında yaşayan bakterilerin genetik materyalini başarıyla çıkardılar ve yeniden oluşturdular.

(İlgili: Antik Romalıların Dişleri Bizimkilerden Daha Sağlıklıydı)

Science dergisinde yayımlanan gen rekonstrüksiyonları, gıda sindirimine yardımcı olmak için bakteriler tarafından üretilen enzimleri yeniden yaratacak kadar doğruydu. Çalışmaya dahil olmayan Porto Riko Üniversitesi’nden çevre mikrobiyoloğu Gary Toranzos, “Milyonlarca parçadan oluşan bir yapbozdan genomu yeniden oluşturabilmeleri bile büyük bir başarı.” diyor.

Trento Üniversitesi biyolog Nicola Segata’ya göre, mevcut insan mikrobiyomu diyet değişiklikleri ve antibiyotik kullanımından önemli ölçüde etkilendi. “Eski mikroorganizmaları dizilemek ve kimyasal bileşenlerini yeniden yaratmak, mikrobiyomumuzun geçmişte sahip olup da zamanla kaybetmiş olabileceğimiz hangi işlevleri olduğunu belirlememize yardımcı olacak.” Kopenhag Üniversitesi’nden moleküler paleoekolog Mikkel Winther Pedersen, bu “kayıp” genleri diriltmenin bir gün bilim insanlarının hastalıklar için yeni tedaviler geliştirmesine yardımcı olabileceğini ekliyor.

Son birkaç on yıl içinde, Antik DNA’nın dizilimi, uzun zaman önce ölmüş organizmaların fiziksel ve fizyolojik özelliklerini aydınlattı, ancak araştırmacılar aynı tekniği, bir zamanlar ağızları ve bağırsakları dolduran çok sayıda bakteri topluluklarına veya mikrobiyomlara ait genleri incelemek için de kullandılar.

Yaptıkları bu çalışmalar sayesinde, artık antibiyotikler ve işlenmiş gıdaların geliştirilmesinden önce hangi mikroorganizmaların insanlarla bir arada var olabileceği konusunda bilgi sahibi oldular. Ancak bu bilgi , araştırmacıların yalnızca modern bakterilerle ilgili bilgilere erişebilmiş olmaları nedeniyle sınırlı kaldı. Yeni çalışmanın ortak yazarlarından Harvard Üniversitesi genetikçisi Christina Warinner, “Bugünden bildiğimiz bakterilerle sınırlıydık. Bilinmeyen veya muhtemelen soyu tükenmiş organizmalardan gelen çok miktarda DNA’yı görmezden geliyorduk.” diyor.

Bu engelin aşılması gerekiyordu ki bu çok önemli bir işti. Segata, “Bozulmuş antik DNA’dan oral bir mikrobiyomun (yüzlerce farklı bakteri türünden ve milyonlarca bakteriden oluşan bir çorba) yeniden yapılandırılması, pek çok yapbozun parçalarını bir araya getirmeye ve bunların parçaları karışıkken ve bazı parçalar tamamen eksikken çözmeye çalışmak gibidir.” diyor.

Gerçekten de, DNA dizileme araçlarını ve bilgisayar programlarını eski örneklerde bulunan çok daha küçük DNA parçalarıyla çalışacak şekilde uyarlamak Warinner’ın ekibinin yaklaşık üç yılını aldı. En sonunda, Warinner ve meslektaşları, aralarında 30.000 ila 150 yıl önce ölen bir düzine Neandertal ve modern insanın da bulunduğu 46 eski iskeletten alınan diş taşlarından yararlanarak, düzinelerce soyu tükenmiş veya daha önce bilinmeyen oral bakterinin DNA’sını belirlediler. 

Ekip, daha sonra mevcut Pseudomonas protegens bakterilerine, furan olarak bilinen miligramlarca kimyasal madde üretebilen proteinler üretmelerine izin vermek için bir çift eski gen eklediler. Modern bakterilerin hücresel sinyalleşme için furanları kullandığı düşünülüyor. Yeni bulgular, eski bakterilerin de öyle yaptığını gösteriyor; bu, basitçe genomlarını dizileyerek tahmin edilmesi imkansız olan bir şeydi.

Leibniz Doğal Ürün Araştırma ve Enfeksiyon Biyolojisi Enstitüsü’nden Pierre Stallforth, “Bu, antik genlerin neler yapabildiğinin laboratuvar kanıtı. DNA’ya dayalı olarak proteinleri tahmin edebilirsiniz, ancak bu proteinlerin yapacağı molekülleri tahmin edemezsiniz.” diyor.

İlk bakışta, araştırmacıların yeniden oluşturdukları mikrop, oral bir mikrobiyomda yeri yokmuş gibi görünüyordu. Klorobyum adı verilen bir bakteri türü olarak tanımlanan modern akrabaları, az miktarda ışıkta hayatta kalmak ve durgun su gibi anaerobik koşullarda yaşamak için fotosentez kullanır. Modern insanın ağızlarında bulunmazlar ve yaklaşık 10.000 yıl önce tarih öncesi insanlarda soyu tükenmiş gibi görünüyorlar.

Bu klorobyum, eski insanların mağaralarda veya mağaraların yakınında su içtikleri için ağızlarına girmiş olabilir. Warinner, veya bunun bir zamanlar bazı insanların eski oral mikrobiyomunun normal bir parçası olabileceğini, yanaktan içeri giren zayıf ışıkla hayatta kalabileceğini söylüyor.

Araştırmacılar, diş taşının bu antik mikropları aramaya başlamak için ideal bir yer olduğunu söylüyor. Düzenli temizlik yapılmadığı takdirde dişler, yemek artıklarını ve diğer organik maddeleri mineral bir kafes içinde hapseder. Bu durum, hem içerideki herhangi bir DNA’nın korunmasına, hem de vücut çürürken onu kontaminasyondan korumaya yardımcı olur. 

Toranzos, “Diş taşı, kontamine olmamış bir numuneyi bulabileceğiniz en iyi yer. Dışarıdan bir şeyin içeri girmesi kesinlikle mümkün değil.” diyor.

Araştırmacılar, mevcut bakterilerin daha önce bilinmeyen veya soyu tükenmiş akrabalardan gelen genleri ifade etmesini sağlamada başarılı olsalar da, Warinner bunun Jurassic Park’tan çok uzak olduğuna inanıyor. Warinner, “Mikropları hayata döndürmedik, ancak ilgilenilen kimyasal bileşikleri üretmek için anahtar genler belirledik” diye açıklıyor.

Eski mikrobiyal genlerin geri kazanılması, türümüzün bakterilerle insan evrimi üzerindeki ilişkisini aydınlatma potansiyeline sahip. İnsanlar, yüzbinlerce yıl boyunca mikrobiyal ortakları ve parazitleri ile birlikte evrim geçirdiler. Antik mikroplar tarafından üretilen bileşikler, sindirim ve bağışıklık tepkilerinde önemli roller oynamış olabilir.

“Bakteriler, mamutlar veya yünlü gergedanlar kadar karizmatik değiller, ama onlar doğanın kimyagerleri ve geçmişi anlamanın anahtarı onlar.”

Science Advances. 4 Mayıs 2023.

Makale: Klapper, M., Hübner, A., Ibrahim, A., Wasmuth, I., Borry, M., Haensch, V. G., … & Stallforth, P. (2023). Natural products from reconstructed bacterial genomes of the Middle and Upper Paleolithic. Science, eadf5300.