文字| 《中国科学报》记者 胡敏琪
打开淘宝，搜索“开菲尔菌株”，立即弹出一张粒状白菜花的图片。只需几十块钱，人们就可以用它自制酸奶、发酵豆奶、奶酪等。这种制作乳制品的方法，早在4000多年前就被生活在楼兰小河墓地的古人掌握了。
11年来，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧梅研究员和中国科学院大学杨益民教授团队以及新疆所文物考古对新疆小河墓地出土的世界上最早的奶酪进行了世界首次古代奶酪研究。文物遗骸宏基因组研究利用全新的古代分子证据，揭示古人对微生物的应用、驯化、传播和交流的历史。相关研究成果近日在线发表于Cell杂志上。
新疆小河墓地出土的木乃伊样本（被称为“小河公主”，脖子上有奶酪样本）。新疆维吾尔自治区考古研究所 李文英 供图
开菲尔乳杆菌传播历史的更新
2003年，新疆小河墓地出土了一具保存完好、距今约4000年前的女性木乃伊。她因混血美貌征服了考古学家，被称为“小河公主”。
2010年以后，考古人员在“小河公主”的颈部和胸部发现了一些淡黄色肿块，腰间的陪葬草篮中发现了大量颗粒物。
经过近四年的研究，杨一民团队和德国马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所的研究人员发现，这些块状和颗粒状物质是由不同的蛋白质组成的。颗粒状物料的蛋白质成分与全脂奶接近，而块状物料的乳清蛋白含量较低，主要是酪蛋白，证明是奶酪。当时，科研人员还透露了这种由开菲尔乳酸菌发酵生产的奶酪的制作过程细节。
这些世界上最早的奶酪片（3600年前）引起了包括付巧梅在内的很多人的注意。
“奶酪的保存非常困难，这些物品得益于小河墓地独特的干燥条件，才得以保存下来。”于是付巧妹有了一个大胆的猜测：这种奶酪中可能存在古老的开菲尔乳酸菌痕迹。脱氧核糖核酸。然而，此前还没有科学家提取过这种类型的古代DNA。
为了获得数据，付巧妹独立设计了专门针对乳酸菌的全基因组位点探针。正是利用这个工具，他们逐渐将开菲尔干酪样品中乳酸菌DNA的富集水平从0.43%~0.55%提高到64%~80%，首次对古代乳制品进行了完整的基因组研究。可能的。最后，付巧梅团队从三个距今约3500年前的古老奶酪样本中提取了26倍高质量的古老开菲尔乳杆菌基因组。
乳制品发酵技术的传播很大程度上伴随着人类的迁徙和相互作用，这一过程促进了在发酵中发挥重要作用的乳酸菌的进化。
开菲尔乳杆菌的现代基因组研究表明，开菲尔乳杆菌有两个重要的分支。一分支主要包括来自欧洲（德国）和亚洲沿海及岛屿地区（广东、台湾、日本、新加坡）的菌株。该分支与高加索地区向欧洲以及亚洲和东南亚沿海地区的扩散路线一致；另一支主要包括分布于东亚内陆（包括中国西藏）的菌株。
此前，科学家推测西藏分支可能独立存在。然而，付巧梅在对新疆古开菲尔乳酸菌进行系统发育分析时发现，新疆塔里木盆地古人用来发酵开菲尔酸奶的菌株与西藏的菌株较为接近，是古人发酵开菲尔酸奶的基础。这个分支的演变。
“这意味着还有另一条路线可以通过技术和文化交流将开菲尔酸奶制作工艺从新疆传播到东亚内陆地区。”付巧梅表示，开菲尔乳杆菌的两个分支的分化很可能是造成这种情况的原因。共同祖先最初被驯化然后在不同种群中传播的结果代表了不同古代种群在应用和驯化发酵微生物的过程中发生的不同的迁徙路线和交流。
古代人类与乳酸菌的共同进化
新疆小河墓地出土编号M25的青铜时代奶酪样本。杨益民 供图
古代人类通过食用发酵乳制品消耗了大量的发酵微生物，而这些有益的共生微生物伴随着环境压力、人类活动、技术和文化的变迁，以及与人体内其他肠道微生物群落的长期相互作用。它们的基因组也相应地进化，开菲尔乳杆菌的进化也是如此。
广泛的水平基因转移是乳酸菌适应性进化的主要机制之一。通过对青铜时代和现代开菲尔乳杆菌基因组的对比分析，研究小组发现了五个新的基因片段，它们代表了不同的功能。
与青铜时代的开菲尔乳杆菌相比，现代开菲尔乳杆菌菌株含有可能参与耐药机制的基因簇。付巧梅认为，这是开菲尔乳杆菌在进化过程中对环境压力的适应。
现代开菲尔乳杆菌还具有与细菌自身免疫相关的RM系统、毒素系统等基因簇。付巧梅解释说，这些基因簇可以抵抗外来DNA入侵，从而维持基因组稳定性，这也代表了开菲尔乳杆菌防御机制的增强。
有趣的是，与新疆青铜时代的开菲尔乳杆菌相比，西藏现代开菲尔乳杆菌菌株中出现了两个与减轻肠道炎症反应相关的水平转移基因簇。这些基因簇不仅有利于乳酸菌在人体肠道中的生存，还能促进肠道功能。
微生物与人类的相互作用贯穿了人类数百万年的进化史。数十亿微生物与人类共生，参与人体内营养合成和毒素分解，对人类健康及其与环境的高度相互作用发挥着重要作用。角色。
“对于像开菲尔乳杆菌这样被人类长期使用的菌株来说，除了其自身的适应性进化之外，人类的长期使用和驯化也可能影响了开菲尔乳杆菌的进化。”付巧梅说。
对于这项从分子机制层面阐明相关菌种的引入、传播和进化的研究，国际专家评价道：“这首来自考古样本的共生微生物基因组意义重大，为人类种群的迁徙和交流提供了新的见解。以及欧亚中部草原的微生物驯化历史带来了新的认识。”
付巧梅在古脊椎动物研究所的古DNA洁净室里对奶酪样本进行实验。照片由古脊柱提供
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