A december 2-án megjelent „arzén élet” című cikk visszahúzódása továbbra is folytatódik. A kritika egy része a tudományról szól, míg a kritika sokkal a hír lefedettségéről, valamint arról, hogy a NASA miként vezetett be, vagy „ugratta” a közönséget a hírekkel, az „asztrobiológia” és az „földönkívüli élet” szavakat használva a közelgő sajtótájékoztató bejelentése. Ma, az Amerikai Geofizikai Szövetség konferenciáján, a csapat egyik tudósának, Ron Oremland-nek a sajtó híreiről vitatta meg a csapadékot, és erről hamarosan áttekintést adok. Körülbelül ugyanabban az időben a tudományos csapat kiadott egy nyilatkozatot és néhány GYIK-ot a tudományos cikkről. Az alábbiakban található ez a nyilatkozat és az a tudományos csapat által nyújtott információ.
Válasz a tudományos cikkel kapcsolatos kérdésekre: „Egy baktérium, amely növekedni tud, ha foszfor helyett arzént használ”
-A 2010. december 16-án
A Science folyóirat 2010. december 2-án közzétett kutatási cikke számos bizonyítékot szolgáltatott, amelyek együttesen azt sugallták, hogy a Kaliforniai Mono-tóból izolált baktérium helyettesíti az arzén foszfor kis részét és fenntarthatja növekedését.
Ez a megállapítás meglepő volt, mivel hat elem - szén, oxigén, hidrogén, nitrogén, kén és foszfor - az élő anyag szerves molekuláinak a legnagyobb részét alkotja, ideértve a nukleinsavakat, fehérjéket és lipideket. A kutatócsoporthoz nem tartozó tudósok tehát megfelelő kihívásokkal teli kérdéseket tettek fel a kutatással kapcsolatban.
A tudományos közzététel egyik fő célja a tudomány előmozdítása érdekes adatok bemutatásával és tesztelhető hipotézisek előterjesztésével. Érthető, hogy a legmeglepőbb megállapítások a legintenzívebb válaszokat és ellenőrzéseket generálják a tudományos közösség részéről. Az eredeti kutatások közzététel utáni válaszai, valamint az eredmények tesztelésére és megismételésére tett erőfeszítések, különösen váratlan eredmények esetén, alapvető mechanizmusok a tudományos ismeretek előmozdításához.
A tudományos szerkesztők számos technikai megjegyzést és levelet kaptak Felisa Wolfe-Simon és munkatársai „A baktérium, amely növekszik az arzén felhasználásával a foszfor helyett” című cikkére. A megjegyzéseket és válaszokat felülvizsgáljuk, és közzétesszük azokat a Science jövőbeli kiadásában.
Eközben a munka nyilvánosság megértésének elősegítése érdekében a kutatási cikket és a kapcsolódó híreket a következő hónapban szabadon elérhetővé tették a nyilvánosság számára a Science webhelyen. Ezek a cikkek online itt találhatók:
A Wolfe-Simon csapata elméletileg azt állította, hogy egyes baktériumok képesek lehetnek arzén felhasználására, vagy elviselhetik a foszfor helyettesítését a szerves molekulákban, mikrobákat gyűjtött az arzénben gazdag Mono-tóból, majd fokozatosan elválasztotta őket a foszfortól, ehelyett arzént táplálva. A csoport jelentése szerint lépéseket tettek a foszforszennyezés kizárására. Megállapították, hogy bizonyítékuk szerint az arzén helyettesítette a DNS-ben lévő foszfor kis részét.
A szerzők különféle bizonyítékokat írtak le, köztük:
* Induktív csatolású plazma tömegspektrometria.
A szerzők arról számoltak be, hogy ezek az eredmények azt mutatták, hogy az arzén a baktériumsejtekben található, ami azt sugallja, hogy ez nem csupán a sejtek külsejébe ragadt szennyező anyag;
* Arzén radioaktív jelölése.
Wolfe-Simon csapata szerint ez a bizonyíték lehetővé tette számukra, hogy észrevegyék a normálisan mérgező anyagot a sejtek fehérje-, lipid-, nukleinsav- és metabolitfrakcióiban, jelezve, hogy az egyes frakciókat alkotó molekulákba került.
* A DNS nagy felbontású másodlagos ion-tömegspektrometriája a baktériumoktól való elválasztás után.
A szerzők arról számoltak be, hogy ezek a bizonyítékok arra utaltak, hogy az izolált DNS még mindig arzént tartalmaz.
* Nagy intenzitású (szinkrotron) röntgen analízis.
Ezen bizonyítékok alapján a szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a baktériumokban található arzén valószínűleg helyettesíti a foszfátokat a DNS-ben és más molekulákban.
Az eredményekkel kapcsolatos kérdések általában arra összpontosítottak, hogy a baktériumok valóban beépítették-e az arzént a DNS-be, és vajon a mikrobák teljesen leállították-e a foszfor fogyasztását. Miközben a csoport inkább a kérdéseket egy, egymással felülvizsgált folyamaton keresztül kívánja megválaszolni, Felisa Wolfe-Simon és Ron Oremland közszolgáltatásként további információkat szolgáltatott itt, valamint adatok és eljárások tisztázására. A tudomány hangsúlyozza, hogy ezeket a válaszokat nem vizsgálták meg egymás ellen; ezeket a szerzők nevében csak nyilvános információs szolgálatként nyújtják, miközben a Science-hez küldött észrevételekre adott válaszuk hivatalos áttekintése folytatódik.
Előzetes kérdések és válaszok
Kérdés: Néhányan megkérdőjelezték, hogy a DNS-e gélelektroforézissel megfelelően tisztította-e meg a technikát a többi molekulától való elválasztás céljából. Úgy érzi, hogy ez érvényes aggodalom?
Válasz:
A DNS extrakciós és tisztítási protokollunk mosott sejtekkel kezdődik, amelyeket a tápközegből pellettünk. Ezeket egy standard DNS-extrakciós protokollnak vetik alá, amely többszörös fenol-kloroformlépéseket tartalmaz a szennyeződések eltávolítására, ideértve a nem beépített arzenátot (As). Ezután a DNS-t elektroforézissel elválasztottuk a DNS-t a szennyeződésektől. A tápközegből esetlegesen visszamaradt As-t eltávolítottuk a sejtek extrahálás előtti mosásával és az extrakcióban a fenol: kloroform 3 lépés során a vizes fázisba történő megosztással. Ha az As beépülne egy lipidbe vagy fehérjébe, megoszlott volna a fenol, fenol: kloroform vagy kloroform frakciókban. Ezenkívül az így más mintákból extrahált DNS-t sikeresen felhasználták további elemzésekben is, ideértve a PCR-t is, amelyek magas tisztítású DNS-t igényelnek.
A NanoSIMS által a gélcsíkban mért arzén összhangban van más méréseinkkel és egy másik bizonyítékkal.
A radioaktív módon jelzett 73AsO43- kísérletünk azt mutatta, hogy a sejtpellettel kapcsolatos összes radioaktív jelölés 11,0% ± 0,1% -a volt a DNS / RNS frakcióval társítva. Ez azt jelezte, hogy a nukleinsavakhoz kapcsolódó teljes készlet némi arzenátjára kell számítani. Ezen adatok értelmezéséhez értelmezésünket az EXAFS bizonyítékainkkal állítottuk össze, amelyek azt sugallják, hogy az intracelluláris arzén As (V) kötődött C-hez, és oldatban nem volt szabad ionként. Ez arra utal, hogy ahogy van, egy olyan szerves molekula, amelynek kötési távolságai megegyeznek a foszfáttal analóg kémiai környezettel (3A. Ábra, S3 „kötési hossz” táblázat). Az előzőekben említett két elemzés értelmezésének további alátámasztására a NanoSIMS harmadik bizonyítéksort használtunk, amely teljesen különbözik a másik kettőtől. Találunk elemi arzént (a NanoSIMS-rel mérve) a gélcsíkhoz kapcsolódóan, amely a gél hátterének kétszerese. A fenti megbeszélés alapján nem gondoljuk, hogy ez érvényes aggodalom.
Kérdés: Mások azt állították, hogy az arzenáttal kapcsolt DNS-nek gyorsan szétesnie kellett volna, ha víznek tette ki. Meg tudnád foglalkozni ezzel?
Válasz:
Nincs tudomásunk egyetlen olyan tanulmányról, amely a hosszú láncú poliészterekben vagy az arzenát nukleotid di- vagy triésztereiben megkötött arzenátokra vonatkozna, amelyek közvetlenül relevánsak lennének a tanulmányunkban. A közzétett tanulmányok kimutatták, hogy az egyszerű arzén-észterek hidrolízise sokkal magasabb, mint a foszfát-észtereknél (1–3). Az eddig közzétett kísérletek konkrétan az arzénát alkil-triésztereinek cseréjét vagy hidrolízisét vizsgálták [Eqn. 1] és az arzenit alkil-diészterei [Eqn. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H20? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
ahol R = metil, etil, n-pentil és izopropil. A 2. referencia bebizonyította, hogy az arzénát ezen egyszerű alkil-triésztereinek hidrolízise sebessége az alkil-szubsztituens (metil> etil> n-pentil> izopropil) szénláncának hosszának (komplexitásának) növekedésével csökkent. Nem végeztek munkát az arzenáttal kapcsolt nukleotidok vagy más biológiailag releváns részek hidrolízis-sebességével kapcsolatban.
Ha a hidrolitikus sebesség trendje a Ref. A 2. ábra szerint a nagyobb tömegű szerves anyagok, mint amilyenek a biomolekulákban vannak, elképzelhető, hogy az arzenáttal kapcsolt biopolimerek rezisztensebbek lehetnek a hidrolízishez, mint azt korábban gondoltuk. A Refs. Az 1-3. Ábrák viszonylag rugalmasak és könnyen alkalmazhatják a víz ideális geometriáját az arzeno-észter kötés megtámadására. A nagy, biomolekulák arzenát-észtereit azonban valószínűleg sztérikusabban gátolják, ami lassabb hidrolízishez vezet.
A reakciósebesség ilyen típusú sztereikus korlátozása a foszfáthoz kapcsolt nukleotidok viselkedésében tapasztalható sebesség széles tartományát magyarázza. Kicsi ribozimek esetén a foszfodiészter kötés a katalízis helyén több tíz másodpercig hidrolizálható (1 s-1 kémiai sebességgel). Ezt a sebességnövelést úgy érjük el, hogy a kötődést egy nukleofil (szomszédos 2 'hidroxilcsoport) általi in-line támadás irányába irányítjuk. Ezen túlmenően az autodegradációs minták összhangban vannak a meghatározott bázis összetételével. Másrészt a foszfodiészter kötések hidrolízise az RNS A formájú duplexeiben sokkal nagyságrenddel lassabb, mivel ezek az összeköttetések nem férnek hozzá könnyen a hidrolízishez szükséges geometriához.
A DNS sebessége sokkal lassabb lehet, mint a modellvegyületek, mivel a gerinchikus korlátok miatt a gerinc a gerincre hat.
Az arzenáttal kapcsolt biopolimerek hidrolízisének kinetikája egyértelműen olyan terület, ahol további kutatás indokolt.
Kérdés: Lehetséges, hogy a tápközegében lévő sók elegendő mennyiségű foszfort szolgáltattak-e a baktériumok fenntartásához?
Válasz:
Az S1. Táblázatban szereplő adatok és a minta címkézése némi zavart okozott. Annak tisztázása érdekében, minden kísérlethez egyetlen tétel mesterséges Mono-tó vizet készítettek a következő készítménnyel: AML60 sók, nem P, nem As, nem glükóz, vitaminok. Az S1. Táblázat szemlélteti az elemi foszfor (~ 3 µM) és az arzenát ICPMS-méréseit ezen a készítménnyel bármilyen további kiegészítés előtt. Ezután mindhárom kezeléshez glükózt és vitaminokat adtunk hozzá, vagy As + a + As kezelésekhez, vagy P a + P kezelésekhez. A tápközegen elvégzett P mérések szacharóz és vitaminok hozzáadása, valamint As hozzáadása után szintén ~ 3 µM ebben a tételben. Ezért egyértelmű volt, hogy bármely mért P-szennyeződés (~ 3 μM, ez volt a magas tartomány) a fő sókkal jött be, és hogy minden kísérlet azonos P-hátteret tartalmaz (beleértve a tenyészet oltóanyagához bevitt P-t is).
A Science cikkben számos ismételt kísérlet egy kísérletének adatait mutatjuk be, amelyek azt mutatják, hogy sejtek nem növekednek a tápközegben arzenát vagy foszfát hozzáadása nélkül (1. ábra). Ezek az adatok egyértelműen bizonyítják, hogy a GFAJ-1 törzs nem tudta felhasználni a 3 uM P-t a további növekedés támogatására arzenát hiányában. Ezenkívül a + As / -P-tenyésztett sejtekben meghatározott intracelluláris P-tartalom nem volt elegendő ahhoz, hogy a P teljes sejtszükségletéhez szükséges legyen.
Megjegyzés a tenyésztéshez: Minden kísérletet tartós + As / -P körülményekből származó inokulumokkal kezdtünk. A kísérletek előtt a sejteket hosszú ideig hosszú időn át tenyésztették egyetlen kolóniából szilárd táptalajon, foszfát hozzáadása nélkül. Ezt megelőzően több mint 10 transzferhez dúsító anyagként termesztették őket, mindig új közegbe, amely + As / -P volt. Ezért úgy érezzük, hogy a P jelentős átvitelét nem érjük el. Arra is hivatkozunk, hogy nem lenne elegendő P sejt ahhoz, hogy támogassa a további növekedést a P belső újrahasznosítási készlete alapján.
Kérdés: Van még valami, amit a nyilvánosság szeretne megérteni kutatása vagy a tudományos folyamat kapcsán?
Válasz: Mindannyiunk számára, az egész csapatunk számára elképzelhetetlen volt, hogy ez milyen volt. A tudósok egy csoportja vagyunk, akik összeálltak egy igazán érdekes probléma megoldására. Mindannyian felhasználtuk tehetségeinket, a technikai készségtől az intellektuális megbeszélésig, hogy objektíven meghatározzuk, mi történik pontosan kísérleteinkben. A papírokban és a sajtóban szabadon beismertük, hogy sok mindent meg kell tennünk nekünk és sok más tudósnak. A sajtótájékoztatón még egy műszaki szakértő, Dr. Steven Benner is részt vett, aki néhány aggályt adott ki, amelyekre a fentiekben válaszoltunk. Ennek a munkának a közösségbe juttatásának egyik oka az volt, hogy az együttmûködés szellemi és mûszaki kapcsolatait megteremtsük a sok kérdésre. Átláthatóak voltuk az adatainkkal, és minden adatot és érdekes eredményt megmutattunk. Dolgozatunk következtetései azon a véleményen alapulnak, amelyről úgy éreztük, hogy a legkedvezőbb módja annak, hogy egy kísérlet sorozatát értelmezzük, amikor egyetlen kísérlet sem tudna megválaszolni a nagy kérdést. "Használhat-e egy mikrobák arzénet a foszfor helyett a növekedés fenntartásához?" A legjobb tudomány új kérdéseket vet fel számunkra, mint közösségként, és felkelt a nagyközönség érdeklődése és képzelete mellett. Kommunikátorként és a tudomány képviselőjeként úgy gondoljuk, hogy kritikus az új ötletek támogatása az adatokkal, ugyanakkor új ötleteket kell generálni mások számára is, hogy elgondolkodjanak és képességeiket beépítsék.
Bízunk benne, hogy együttműködhetünk más tudósokkal, akár közvetlenül, akár a sejtek szabadon hozzáférhetővé tétele és DNS-minták rendelkezésre bocsátása céljából a megfelelő szakértők számára az elemzés céljából, annak érdekében, hogy további betekintést nyújtsunk az érdekes megállapításba.
Irodalom
1. T. G. Richmond, J. R. Johnson, J. O. Edwards, P. H. Rieger, Aust. J. Chem. 30, 1187 (1977).
2. C. D. Baer, J. Rieger, Inorg. 20, 905 (1981).
3. J.-M. Kézművesség, Bika. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Forrás: Felisa Wolf-Simon weboldala, Iron Lisa
