古人是怎樣發(fā)酵奶制品的？通過對迄今最早的奶酪制品——新疆小河墓地出土的“奶酪”樣本進(jìn)行研究，我國科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了國際首個古代奶制品遺存宏基因組研究。9月25日，相關(guān)研究成果在《細(xì)胞》雜志在線發(fā)表。
新疆小河墓地出土、編號為M25的青銅時代奶酪樣本（圖片來自中國科學(xué)院大學(xué)人文學(xué)院 楊益民）
食品發(fā)酵是人類歷史上最古老的利用微生物進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐的行為，發(fā)酵奶制品可能是最早出現(xiàn)的發(fā)酵食品。不過，盡管人類食用發(fā)酵奶制品的歷史悠久，但目前關(guān)于人類歷史上對發(fā)酵微生物的應(yīng)用和技術(shù)交流歷史，以及發(fā)酵微生物本身的演化過程，特別是發(fā)酵微生物在長時間馴化條件下功能性基因的演變知之甚少。
圍繞古代發(fā)酵奶制品，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所研究員付巧妹團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院大學(xué)人文學(xué)院教授楊益民，以及新疆文物考古研究所、新疆大學(xué)、國家文物局考古研究中心等單位，對新疆小河墓地出土的“最古老奶酪”展開了系統(tǒng)性古微生物基因組研究。
付巧妹在中國科學(xué)院古脊椎所古DNA超凈室，對奶酪樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
此前，“最古老奶酪”已通過古蛋白質(zhì)組學(xué)被鑒定為開菲爾奶酪，它源自開菲爾酸奶，由類似酒曲的開菲爾粒在奶中發(fā)酵而成。然而，歷經(jīng)時間洗禮，其中的乳酸菌含量僅有0.43%~0.55%，很難捕獲。付巧妹團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)11年探索，自主設(shè)計(jì)了乳酸菌全基因組位點(diǎn)探針，從樣本中捕獲富集到64%~80%的乳酸菌，讓古代全基因組研究成為可能。
科研團(tuán)隊(duì)從距今約3500年的3例古老奶酪樣本中，提取出較高質(zhì)量的古代開菲爾中的乳酸菌基因組，進(jìn)一步確證該奶酪制品由開菲爾乳酸菌發(fā)酵生產(chǎn)。奶制品發(fā)酵技術(shù)的傳播在很大程度上伴隨著人類的遷徙和互動，樣本中發(fā)現(xiàn)的微生物群落與歐洲菌株屬于不同分支，這揭開了開菲爾乳酸菌另一條獨(dú)立的、東亞內(nèi)陸傳播路線。
古人群通過食用發(fā)酵奶制品攝入大量發(fā)酵微生物，這些有益的共生微生物伴隨著環(huán)境壓力、人類活動、技術(shù)文化的變遷，通過長時間與人類體內(nèi)其他腸道微生物群落的相互作用，其本身的基因組也發(fā)生了相應(yīng)的演變。該研究通過探究數(shù)千年間開菲爾乳酸菌的適應(yīng)性演化特點(diǎn)，同時反映出古人群與該共生微生物的協(xié)同演化歷史。
微生物與人類的相互作用貫穿了人類數(shù)百萬年的演化歷史，數(shù)以億計(jì)的微生物與人類共生，參與到人類體內(nèi)營養(yǎng)的合成與毒素的分解，在人類健康及其與環(huán)境的高度互動中扮演了重要角色。科研團(tuán)隊(duì)表示，該研究以與人類活動和生業(yè)模式息息相關(guān)的共生微生物為突破口，用前所未有的古分子證據(jù)揭開過去人群對微生物的應(yīng)用馴化和傳播交流歷史，從分子機(jī)制層面厘清相關(guān)菌株的引入、傳播和演變歷程，為深入理解相關(guān)人群技術(shù)文化的交流和發(fā)展，與環(huán)境高度動態(tài)的相互作用提供了全新思路和獨(dú)特維度。
國際相關(guān)專家評價，“這是領(lǐng)域里很罕見的挖掘全新數(shù)據(jù)的古DNA研究”，“這一首例來自考古樣本的共生微生物基因組意義重大，為歐亞草原中部人群的遷徙交流與微生物馴化歷史帶來新認(rèn)識”。
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