新疆小河墓地 M29 号墓葬出土青铜时代奶制品遗存。版权归中国科学院古脊椎动物与古人类研究所平万菁所有

一项关于古代开菲尔奶酪的开创性研究揭示了欧亚大陆乳品发酵的复杂历史和演变，重点介绍了开菲尔乳杆菌如何在数百年的人类互动中适应环境。

食品发酵是人类历史上最古老的微生物生产实践。例如，牛奶发酵可追溯到公元前 6000-4000 年的印度，地中海居民早在 7000 年前就开始生产和食用奶酪。

尽管人类食用发酵食品的历史悠久，但人们对发酵微生物的使用历史以及相关文化传播的历史了解甚少，尤其这些发酵微生物在与人类长期相互作用中的进化轨迹，尤其是功能适应尚不清楚。

然而，最近，一组中国科学家完成了世界上第一个关于青铜时代开菲尔奶酪的宏基因组学研究，该奶酪出土于小河墓地，是迄今为止已知的最古老的乳制品遗迹。从古代发酵乳制品残留物中获得的分子证据是了解过去人类与发酵微生物相互作用的有力工具。

新疆小河墓地的木乃伊。木乃伊的脖子上散落着奶制品残渣。图片来源：李文英

在这项研究中，科学家从新疆小河墓地出土的三个古代奶酪样本中提取了高质量的乳酸杆菌（L. kefiranofaciens ）基因组，这些样本可追溯到大约 3500 年前。该研究小组的研究成果于 9 月 25 日在线发表在《细胞》杂志上，题为《青铜时代奶酪揭示了人类与乳酸杆菌在进化史上的相互作用》。该论文被列为《细胞》重点论文。

“我们做这个项目已经 11 年多了”，论文最后一位通讯作者、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所分子古生物学实验室主任傅巧梅说，关键是她设计了富集乳酸杆菌 DNA 的探针，使目标 DNA 含量从 <1% 提高到 64-80%，从而能够重建乳酸杆菌的全基因组。

“这是一项前所未有的研究，让我们能够观察到细菌在过去 3000 年里是如何进化的。此外，通过研究乳制品，我们更清楚地了解了古代人类的生活及其与世界的互动，”傅巧梅说：“这只是一个开始，有了这项技术，我们希望探索其他以前未知的文物。”

新疆小河墓地 M25 号墓葬出土青铜时代奶制品遗迹（距今约 3500 年）。图片来源：杨一民

新疆小河墓地出土的奶酪样品是迄今为止发现的最早的奶酪制品，此前通过古蛋白质组学鉴定，该奶酪为克菲尔奶酪，是一种用含有发酵微生物的克菲尔粒制成的发酵乳制品。

通过重建发酵微生物群落，该研究证实奶酪是使用乳酸菌和酵母制作的。研究人员还发现，用于制作奶酪的牛奶来自后新石器时代广泛分布于欧亚大陆的山羊，与当代东亚内陆的家养山羊截然不同。

这一发现表明，塔里木盆地的古代民族可能从欧亚草原人群那里学到了开菲尔的生产技术。

乳品发酵技术的传播很大程度上伴随着人类的迁徙和交往，这一过程推动了乳酸菌的进化。然而，本研究通过分析新疆古代L. kefiranofaciens的系统发育关系，也揭示了L. kefiranofaciens传播的新途径。

研究发现，用于发酵的L. kefiranofaciens包含两个支系，第一个支系主要由来自欧洲（如现代德国所在地区）和亚洲沿海及岛屿（如现代广东、台湾岛、日本、新加坡所在地区）的菌株组成，这种分布一方面符合从高加索地区向欧洲扩散的路线，另一方面符合亚洲沿海及东南亚的扩散路线；另一个支系主要由分布在东亚内陆（包括西藏）的菌株组成。

重建的古代菌株位于进化枝的底部，表明开菲尔生产技术通过技术文化交流从新疆传播到东亚内陆的另一条途径。

L. kefiranofaciens两个进化枝的分化很可能是其共同祖先在不同种群中最初驯化而扩散的结果，代表了不同古代种群在使用和驯化发酵微生物过程中发生的迁移和相互作用。

“从这些奶酪中可以提取出如此多的信息，真是令人兴奋，”中国科学院大学教授杨益民说：“有机残留物为了解过去人类的行为和文化打开了一扇窗户，而这些行为和文化在历史和记录中已经消失了。”

本研究还发现，人类的利用和驯化在L. kefiranofaciens的进化中起着重要作用。通过对青铜时代和现代L. kefiranofaciens基因组的比较分析，我们可以表征Lactobacillus kefiranofaciens在过去几千年来的适应性进化。

广泛的基因水平转移是乳酸菌适应性进化的主要机制之一，通过对比古代和现代L. kefiranofaciens的功能谱，研究发现L. kefiranofaciens进化的3条主要轨迹：1）对环境压力的适应，现代菌株出现了耐药性相关基因；2）细菌基因组防御机制的增强，现代L. kefiranofaciens表现出RM系统和相关的毒素-抗毒素系统等基因簇，可以抵消外源DNA的引入，从而降低相关的适应度成本；3）与人体肠道环境相关的适应，例如现代菌株获得了可能与宿主肠道相互作用的基因簇，这可能是由于它们与人类的长期相互作用。

本研究还发现，人类长期使用和驯化L. kefiranofaciens可能也影响了其进化。与青铜时代的L. kefiranofaciens相比，来自西藏的现代菌株显示出两个与缓解肠道炎症反应相关的水平转移基因簇。这不仅有助于L. kefiranofaciens在人类肠道中的存活，而且还促进了肠道功能。

考虑到古代人群可以轻松地通过开菲尔粒传播开菲尔生产技术，这些基因簇的存在可能与当时人群对携带不同L.kefiranofaciens进化枝的开菲尔粒的偏好有关。

“人类与微生物的相互作用总是令人着迷，”本文第一作者之一、IVPP分子古生物学实验室副教授刘逸尘说道：“发酵微生物在这些古人类的日常生活中扮演着如此重要的角色，他们在数千年的时间里繁衍了这些微生物，但大多数时间里却不知道它们的存在。”

通过利用与过去人类活动和文化密切相关的发酵微生物的古代 DNA 信息，该研究为使用古代 DNA 研究过去人类的文化互动提供了一个新框架。

参考文献：“青铜时代奶酪揭示了人类与乳酸菌在进化史上的相互作用”，作者：Yichen Liu、Bo Miao、Wenying Li、Xingjun Hu、Fan Bai、Yidilisi Abuduresule、Yalin Liu、Zequan Cheng、Wenjun Wang、Zehui Chen、Shilun Zhu、Xiaotian Feng、Peng Cao、Wanjing Ping、Ruowei Yang、Qingyan Dai、Feng Liu、Chan Tian、Yimin Yang 和 Qiaomei Fu，2024 年 9 月 25 日，Cell。DOI：10.1016/j.cell.2024.08.008

该研究得到国家自然科学基金、中国科学院、匹克生物医学基金、中央高校基本科研业务费专项资金的支持。

来源：中国科学院

免责声明：康嘉年華致力于健康常识分享，内容根据公开资料编辑，版权归原作者；如有侵权请在线留言删除。文章旨在介绍健康科学进展，不能作为治疗方案；如需精准健康指导，请至正规医院诊疗。