Древние человеческие останки хранят не только следы прошлого, но и целые сообщества микроорганизмов. Международная команда исследователей обнаружила, что состав этих бактерий тесно связан со степенью сохранности костей, пролежавших под землей сотни лет. Авторы научной работы смогли приблизиться к ответу на вопрос, почему одни скелеты со временем почти полностью разрушаются, тогда как другие сохраняются значительно лучше.
Останки людей, обнаруженные во время археологических раскопок на средневековом кладбище в Ставангере, Норвегия / © The Museum of Archaeology, University of StavangerЕще в 1800-х годах археологи и антропологи заметили, что большинство человеческих останков постепенно разрушается микроорганизмами. Правда, никто толком не понимал, какие именно бактерии отвечают за этот процесс, как состав микробиома связан со степенью сохранности костей и какие условия захоронения ускоряют или замедляют разрушение.
Международная группа генетиков и молекулярных биологов под руководством Дамлы Каптан (Damla Kaptan) из Университета Ставангера в Норвегии решила восполнить этот пробел. Они попытались связать видимые под микроскопом следы разрушения костей с конкретными микробными сообществами, найденными с помощью метагеномного анализа.
Исследователи изучили 83 человеческие кости, датируемые XI–XIX веками. Часть из них взяли на обычных кладбищах под открытым небом, а часть — из захоронений внутри зданий, прежде всего в помещениях церквей (под полом или в криптах). Такой подход позволил сравнить влияние разных условий захоронения на состояние костей.
Каптан и ее коллеги исследовали кости с помощью оптического и электронного микроскопов, оценивали степень их разрушения, секвенировали генетический материал, определяли таксономический состав микробных сообществ по метагеномным данным.
Анализ показал, что степень сохранности останков зависит от состава микробных сообществ. В умеренно поврежденных останках исследователи чаще находили бактерии рода Lysobacter, а в сильно поврежденных — бактерии рода Streptosporangium. В группе хорошо сохранившихся костей доминирующим таксоном оказался Streptomyces — типичные почвенные актинобактерии. При этом Streptomyces выявили в 86 процентах образцов независимо от степени сохранности костей.
На первый взгляд кажется противоречивым, что Streptomyces преобладает в хорошо сохранившихся костях, тогда как и он, и Streptosporangium способны вырабатывать коллагеназы — ферменты, расщепляющие коллаген, один из главных белков костной ткани. Однако бактерии экспрессируют эти ферменты только при определенных условиях: достаточной влажности, доступе кислорода, подходящей температуре и определенном уровне кислотности (pH). В хорошо сохранившихся костях, вероятно, складывалась среда, подавляющая активность Streptomyces, либо Streptomyces занимал нишу, конкурентно подавляя более агрессивного разрушителя Streptosporangium.
Иными словами, «потенциальный разрушитель» не всегда «реальный»: итоговая сохранность кости определяется не столько присутствием того или иного рода, сколько метаболической активностью и балансом всего микробного сообщества.
Еще одна важная деталь: хорошо сохранившиеся кости имели более высокое разнообразие микробных сообществ и иное соотношение таксонов по сравнению с сильно разрушенными образцами. Кроме того, микробное разнообразие варьировалось в зависимости от условий захоронения и в ряде случаев было выше в образцах внутри церквей. Авторы связали эти различия с влиянием факторов окружающей среды — влажности, температуры, доступа кислорода.
Во время работы ученые столкнулись с рядом ограничений. ДНК внутри старых костей со временем разрушается, поэтому было сложно определить многие конкретные виды бактерий. Команда также не исключила вероятность случайного загрязнения образцов чужой ДНК. Следы микроорганизмов могли попасть на кости во время раскопок, транспортировки или хранения.
Несмотря на эти трудности, авторы считают, что полученные результаты — серьезный шаг вперед в изучении человеческих останков. По словам специалистов, старые кости нельзя считать «биологически молчаливыми объектами». Они сохраняют богатые микробные сигнатуры, которые помогают понять процессы изменения тканей спустя сотни лет после захоронения. Новые данные могут изменить подход к изучению останков и позволят точнее восстанавливать историю древних погребений.
Научная работа опубликована в журнале PLOS One.