中國科學家解開3500多年前「起司」的秘密
國際頂刊Cell雜誌在線發表新疆小河墓地出土“最古老奶酪”的系統性古微生物基因組研究成果,該研究成果由中國科學院大學人文學院考古學與人類學系楊益民教授和中國科學院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹研究團隊、新疆文物考古研究所、新疆大學、國家文物局考古研究中心、北京大學第三醫院等單位合作完成,論文共同第一作者劉逸宸、付巧妹,共同通訊作者付巧妹、楊益民。

該研究被Cell選為重點推薦論文,是國際首個古代乳製品遺存宏基因組研究。從距今約3500年的3例古老乳酪樣本中提取出較高質量的克菲爾乳酸菌(Lactobacillus kefiranofaciens)基因組,發現其形成不同於歐洲菌株的分支,揭示開菲爾乳酸菌的另一獨立的、東亞內陸傳播路線;且透過探索開菲爾乳酸菌適應性演化歷程,釐清新疆塔里木盆地古人群的生活方式,技術文化的交流與發展,及在進化時間尺度上開菲爾乳酸菌與人群協同演化、互利共生的分子機制。
食品發酵是人類史上最古老的利用微生物進行生產實踐的行為,不同族群文化對食品發酵有各自的偏好,生產業模式的轉變及農業發展也和發酵技術的演變息息相關。發酵乳製品很可能是最早出現的發酵食品,儘管人類食用發酵乳製品的歷史悠久,但目前關於人類歷史上對發酵微生物的應用和技術交流歷史,以及發酵微生物本身的進化過程,特別是發酵微生物在長時間馴化條件下功能性基因的演化知之甚少。

新疆小河墓地出土的「起司」樣本是迄今發現最早的奶酪製品,且在此前通過古蛋白質組學被鑑定為開菲爾奶酪,源自開菲爾酸奶,由開菲爾粒(類似酒麯)在乳品發酵而成;研究2014年發表於國際科技考古旗艦期刊《Journal of Archaeological Science》,並取得Nature研究亮點報道。之後,研究團隊開展了歷時11年的古DNA提取、分析和闡釋;尤其是付巧妹團隊自主設計乳酸菌全基因組位點探針,從僅含有0.43-0.55%乳酸菌的開菲爾奶酪樣本中捕獲富集至64-80%的乳酸菌,使得第一例古代全基因組研究成為可能。
這項研究透過重建其發酵微生物群落,進一步確證該乳酪製品由開菲爾乳酸菌發酵生產,而且用於製作開菲爾乳酪的產奶山羊來自新石器時代之後廣泛分佈在歐亞大陸的一個支系,而非東亞內陸地區同時期分佈的馴化山羊。此結果顯示新疆塔里木盆地古人群對開菲爾酸奶的開發很可能與該時期與歐亞草原人群的交流有關。

該研究透過對新疆古代開菲爾乳酸菌的系統發育關係分析,揭示了開菲爾乳酸菌的一條新的傳播路線。研究發現用於發酵的開菲爾乳酸菌分為兩個重要支系,一個支系主要包括來自歐洲(德國)、亞洲沿海和島嶼地區的菌株,該支系符合從高加索擴散到歐洲及亞洲和東南亞沿海地區的擴散路線,而另一支系主要包括分佈在東亞內陸地區(包括西藏)的菌株,新疆塔里木盆地古人群用於發酵開菲爾酸奶的菌株便來自該支系,且處在基部位置,這表明還有另一條透過技術文化交流將開菲爾優格製作工藝從新疆地區傳播至東亞內陸的傳播路線。
研究發現,開菲爾乳酸菌兩個支系的分化很可能是其共同祖先最初被馴化後在不同人群的傳播所導致的,代表不同古人群在應用和馴化發酵微生物過程中發生了不同路線的遷徙與交流。