古人是怎样发酵奶制品的?通过对迄今最早的奶酪制品——新疆小河墓地出土的“奶酪”样本进行研究,我国科研团队实现了国际首个古代奶制品遗存宏基因组研究。9月25日,相关研究成果在《细胞》杂志在线发表。

食品发酵是人类历史上最古老的利用微生物进行生产实践的行为,发酵奶制品可能是最早出现的发酵食品。不过,尽管人类食用发酵奶制品的历史悠久,但目前关于人类历史上对发酵微生物的应用和技术交流历史,以及发酵微生物本身的演化过程,特别是发酵微生物在长时间驯化条件下功能性基因的演变知之甚少。

围绕古代发酵奶制品,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹团队联合中国科学院大学人文学院教授杨益民,以及新疆文物考古研究所、新疆大学、国家文物局考古研究中心等单位,对新疆小河墓地出土的“最古老奶酪”展开了系统性古微生物基因组研究。

此前,“最古老奶酪”已通过古蛋白质组学被鉴定为开菲尔奶酪,它源自开菲尔酸奶,由类似酒曲的开菲尔粒在奶中发酵而成。然而,历经时间洗礼,其中的乳酸菌含量仅有0.43%~0.55%,很难捕获。付巧妹团队历经11年探索,自主设计了乳酸菌全基因组位点探针,从样本中捕获富集到64%~80%的乳酸菌,让古代全基因组研究成为可能。

科研团队从距今约3500年的3例古老奶酪样本中,提取出较高质量的古代开菲尔中的乳酸菌基因组,进一步确证该奶酪制品由开菲尔乳酸菌发酵生产。奶制品发酵技术的传播在很大程度上伴随着人类的迁徙和互动,样本中发现的微生物群落与欧洲菌株属于不同分支,这揭开了开菲尔乳酸菌另一条独立的、东亚内陆传播路线。

古人群通过食用发酵奶制品摄入大量发酵微生物,这些有益的共生微生物伴随着环境压力、人类活动、技术文化的变迁,通过长时间与人类体内其他肠道微生物群落的相互作用,其本身的基因组也发生了相应的演变。该研究通过探究数千年间开菲尔乳酸菌的适应性演化特点,同时反映出古人群与该共生微生物的协同演化历史。

微生物与人类的相互作用贯穿了人类数百万年的演化历史,数以亿计的微生物与人类共生,参与到人类体内营养的合成与毒素的分解,在人类健康及其与环境的高度互动中扮演了重要角色。科研团队表示,该研究以与人类活动和生业模式息息相关的共生微生物为突破口,用前所未有的古分子证据揭开过去人群对微生物的应用驯化和传播交流历史,从分子机制层面厘清相关菌株的引入、传播和演变历程,为深入理解相关人群技术文化的交流和发展,与环境高度动态的相互作用提供了全新思路和独特维度。

国际相关专家评价,“这是领域里很罕见的挖掘全新数据的古DNA研究”,“这一首例来自考古样本的共生微生物基因组意义重大,为欧亚草原中部人群的迁徙交流与微生物驯化历史带来新认识”。