Vôľa z dokumentu „arzénový život“, ktorý bol uverejnený 2. decembra, stále pokračuje. Niektorá kritika sa týkala vedy, zatiaľ čo oveľa viac kritiky sa týkalo spravodajstva a tiež toho, ako NASA predstavila alebo „škádlila“ verejnosť správami, pričom vo svojich slovách používala „astrobiológiu“ a „mimozemský život“. oznámenie o nadchádzajúcej tlačovej konferencii. Dnes, na konferencii American Geofyzical Union, jeden z vedcov tímu, Ron Oremland diskutoval o dopade zo spravodajstva a čoskoro poskytnem jeho prehľad. Približne v rovnakom čase vedecký tím vydal vyhlásenie a niektoré časté otázky týkajúce sa vedeckých prác. Toto vyhlásenie a informácie, ktoré poskytol vedecký tím, sú uvedené nižšie.
Odpoveď na otázky týkajúce sa vedeckého článku „Baktéria, ktorá môže rásť pomocou arzénu namiesto fosforu“
- 16. decembra 2010 -
Vedecký článok publikovaný 2. decembra 2010 v časopise Science poskytol niekoľko dôkazov, ktoré spoločne naznačujú, že baktéria izolovaná z kalifornského Mono Lake môže nahradiť arzén malým percentom jeho fosforu a udržať jeho rast.
Toto zistenie bolo prekvapujúce, pretože šesť prvkov - uhlík, kyslík, vodík, dusík, síra a fosfor - tvoria väčšinu organických molekúl v živej hmote vrátane nukleových kyselín, proteínov a lipidov. Vedci, ktorí nie sú členmi výskumného tímu, preto položili primerane náročné otázky týkajúce sa výskumu.
Kľúčovým účelom vedeckej publikácie je napredovanie vedy predložením zaujímavých údajov a navrhnutím testovateľných hypotéz. Pochopiteľne, najprekvapivejšie zistenia majú tendenciu generovať najintenzívnejšiu reakciu a kontrolu zo strany vedeckej komunity. Po uverejnení odpovedí na pôvodný výskum a úsilie o testovanie a replikáciu výsledkov, najmä v prípade neočakávaných nálezov, sú základným mechanizmom na rozvoj vedeckých poznatkov.
Vedeckí redaktori teraz dostali množstvo technických pripomienok a listov reagujúcich na článok „Baktéria, ktorá môže rásť pomocou arzénu namiesto fosforu“, od Felisa Wolfe-Simon a jej kolegov. Komentáre a odpovede sa podrobia preskúmaniu a uverejníme ich v budúcom vydaní Science.
Medzitým sa v snahe propagovať porozumenie práce verejnosti publikoval výskumný článok a súvisiace spravodajské správy pre verejnosť na webe Science na budúci mesiac. Tieto články nájdete online tu:
Tím Wolfe-Simon, ktorý teoretizoval, že možno niektoré baktérie dokážu použiť arzén alebo tolerujú nejakú substitúciu fosforu v organických molekulách, zhromaždil mikróby z Mono Lake bohatého na arzén a postupne ich odstavil z fosforu a namiesto toho ich kŕmil arzénom. Tím informoval, že podnikol kroky na vylúčenie kontaminácie fosforom. Dospeli k záveru, že ich dôkazy naznačujú, že arzén nahradil malé percento fosforu v ich DNA.
Autori opísali rôzne druhy dôkazov vrátane:
* Hmotnostná spektrometria s indukčne viazanou plazmou.
Autori uviedli, že tieto výsledky odhalili, že arzén sa nachádzal vo vnútri bakteriálnych buniek, čo naznačuje, že to nie je iba kontaminant prilepený na vonkajšiu stranu buniek;
* Rádioaktívne značenie arzénu.
Wolfe-Simonov tím povedal, že tento dôkaz im umožnil spozorovať normálne toxickú látku v proteínových, lipidových, nukleových kyselinách a metabolitových frakciách buniek, čo naznačuje, že bola premietnutá do molekúl tvoriacich každú frakciu.
* Hmotnostná spektrometria sekundárnych iónov s vysokým rozlíšením DNA po oddelení od baktérií.
Autori uviedli, že tento dôkaz naznačuje, že izolovaná DNA stále obsahuje arzén.
* Rôntgenová analýza s vysokou intenzitou (synchrotrón).
Na základe týchto dôkazov autori dospeli k záveru, že sa zdá, že arzén v baktériách nahrádza fosforečnany v DNA a iných molekulách.
Otázky týkajúce sa týchto zistení sa zameriavajú na to, či baktérie skutočne zabudovali arzén do DNA a či mikróby úplne prestali konzumovať fosfor. Aj keď tím dáva prednosť riešeniu otázok prostredníctvom partnerského preskúmania, Felisa Wolfe-Simon a Ron Oremland tu poskytli niektoré ďalšie informácie ako verejnú službu a objasnili svoje údaje a postupy. Veda zdôrazňuje, že tieto reakcie neboli predmetom vzájomného preskúmania; poskytujú sa v mene autorov iba ako verejná informačná služba, zatiaľ čo formálnejšia revízia ich odpovedí na pripomienky zaslané vede zostáva.
Predbežné otázky a odpovede
Otázka: Niektorí ľudia sa pýtali, či bola DNA pomocou vašej techniky dostatočne vyčistená gélovou elektroforézou, aby sa oddelila od iných molekúl. Myslíte si, že je to oprávnená obava?
odpoveď:
Náš protokol extrakcie a purifikácie DNA začína premytými bunkami peletovanými z média. Tieto sa potom podrobia štandardnému extrakčnému protokolu DNA, ktorý zahŕňal niekoľko krokov fenolchloroformu na odstránenie nečistôt, vrátane akéhokoľvek nezačleneného arzeničnanu (As). Potom sa DNA podrobila elektroforéze, čím sa DNA ďalej oddelila od nečistôt. Akýkoľvek zvyšok As z média by sa odstránil premytím buniek pred extrakciou a rozdelením do vodnej fázy počas 3 krokov fenol: chloroform v extrakcii. Keby sa As začlenil do lipidov alebo proteínov, rozdelil by sa na frakcie fenolu, fenolu: chloroformu alebo chloroformu. Okrem toho sa DNA extrahovaná týmto spôsobom z iných vzoriek úspešne použila aj v ďalších analýzach, vrátane PCR, ktoré vyžadujú vysoko čistenú DNA.
Arzén meraný NanoSIMS v gélovom páse je v súlade s našimi ďalšími meraniami a inou líniou dôkazov.
Náš rádioaktívne značený 73AsO43- experiment ukázal, že z celkového rádioaktívneho značenia spojeného s bunkovou peletou bolo 11,0% ± 0,1% spojené s frakciou DNA / RNA. To naznačuje, že by sme mali očakávať určitý arzenát z celkového množstva spojeného s nukleovými kyselinami. Na interpretáciu týchto údajov sme spojili našu interpretáciu s dôkazmi EXAFS, z ktorých vyplýva, že intracelulárny arzén bol As (V) viazaný na C a nebol v roztoku ako ión. To naznačuje, že As je v, organická molekula so vzdialenosťami väzieb konzistentnými s chemickým prostredím analogickým s fosfátom (tabuľka 3A, S3 „dĺžky väzieb“). Ako ďalšiu podporu našej interpretácie predchádzajúcich dvoch analýz sme použili tretiu líniu dôkazov z NanoSIMS, úplne inú techniku ako ostatné dve. Nájdeme elementárny arzén (merané pomocou NanoSIMS) spojený s gélovým pásom, ktorý je viac ako dvojnásobkom pozadia v géli. Na základe vyššie uvedenej diskusie nemáme pocit, že je to oprávnená obava.
Otázka: Iní tvrdili, že DNA spojená s arzenátom by sa mala po vystavení vode rýchlo rozpadnúť. Mohli by ste to vyriešiť?
odpoveď:
Nie sú známe žiadne štúdie, ktoré by sa zaoberali arzenátom viazaným v polyestroch s dlhým reťazcom alebo nukleotidovými di- alebo triestermi arzenátu, ktoré by boli priamo relevantné pre našu štúdiu. Publikované štúdie ukázali, že jednoduché estery arzénu majú oveľa vyššiu rýchlosť hydrolýzy ako fosfátové estery (1-3). Doteraz publikované experimenty sa špecificky zameriavali na výmenu alebo hydrolýzu alkyl triesterov arzenátu [Eqn. 1] a alkylesterov arzenitu [Eqn. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H20? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
kde R = metyl, etyl, n-pentyl a izopropyl. Odkaz 2 demonštroval, že rýchlosti hydrolýzy týchto jednoduchých alkylových triesterov arzenátu sa znižovali so zvyšujúcou sa dĺžkou uhlíkového reťazca (zložitosť) alkylového substituenta (metyl> etyl> n-pentyl> izopropyl). Neboli vykonané žiadne práce týkajúce sa rýchlosti hydrolýzy nukleotidov spojených s arzenátom alebo iných biologicky relevantných skupín.
Ak je trend hydrolytickej rýchlosti uvedený v ref. 2 pokračuje vo výrobe organických látok s väčšou hmotnosťou, ako sú tie, ktoré sa nachádzajú v biomolekulách, je možné, že biopolyméry spojené s arzenátom môžu byť odolnejšie voči hydrolýze, ako sa predtým myslelo. Malé modelové zlúčeniny skúmané v odkazoch č. 1 až 3 sú relatívne flexibilné a môžu ľahko prijať ideálnu geometriu pre vodu, aby napadli arzeno-esterovú väzbu. Je však pravdepodobné, že arzenátové estery veľkých biologických molekúl budú viac stéricky bránené, čo vedie k pomalšej rýchlosti hydrolýzy.
Tento typ stérického obmedzenia reakčnej rýchlosti predstavuje širokú škálu rýchlostí pozorovaných v správaní niektorých fosfátových nukleotidov. V malých ribozýmoch môžu byť vazodiesterové väzby v mieste katalýzy hydrolyzované rádovo desiatky sekúnd (s chemickou rýchlosťou 1 s-1). Toto zvýšenie rýchlosti sa dosiahne orientáciou spojenia pre in-line útok nukleofilom (susedná 2 'hydroxylová skupina). Autodegradačné vzorce sú navyše v súlade so špecifickým zložením bázy. Na druhej strane rýchlosti hydrolýzy fosfodiesterových väzieb vo forme A duplexov RNA sú o mnoho rádov pomalšie, pretože tieto väzby nemôžu ľahko získať prístup k geometrii potrebnej pre hydrolýzu.
Rýchlosti v DNA môžu byť omnoho pomalšie ako modelové zlúčeniny kvôli geometrickým obmedzeniam uloženým na chrbticu špirálou.
Kinetika hydrolýzy biopolymérov spojených s arzenátom je jednoznačne oblasťou, v ktorej je potrebný ďalší výskum.
Otázka: Je možné, že soli vo vašom rastovom médiu mohli poskytnúť dostatok stopového fosforu na udržanie baktérií?
odpoveď:
Údaje a označenie vzoriek v tabuľke S1 spôsobili určité nejasnosti. Na objasnenie pre každý experiment sa pripravila jedna šarža umelej vody Mono Lake s nasledujúcim zložením: soli AML60, žiadne P, žiadne As, žiadna glukóza, žiadne vitamíny. Tabuľka S1 ukazuje príklady ICPMS meraní elementárneho fosforu (~ 3 uM) a arzenátu uskutočneného na tejto formulácii pred akýmikoľvek ďalšími pridaniami. Potom sme pridali glukózu a vitamíny pre všetky tri ošetrenia a buď pre ošetrenia + As alebo P pre ošetrenia + P. Merania P na médiu po pridaní sacharózy a vitamínov a po pridaní As boli v tejto šarži tiež ~ 3 uM. Bolo preto jasné, že akákoľvek nečistota P, ktorá bola zmeraná (~ 3 uM, to bol vysoký rozsah), prišla s hlavnými soľami a že všetky experimenty obsahujú rovnaké pozadie P (vrátane akéhokoľvek P privedeného s očkovacím kultúrom).
V publikácii Science uvádzame údaje z jedného experimentu z mnohých replikovaných experimentov, ktoré nepreukazujú žiaden rast buniek v médiu bez pridaného arzenátu alebo fosfátu (obrázok 1). Tieto dáta jasne ukazujú, že kmeň GFAJ-1 nebol schopný využiť 3 uM P na podporu ďalšieho rastu v neprítomnosti arzenátu. Navyše, intracelulárny obsah P určený pre bunky + As / -P pestované nebol dostatočný na to, aby podporil úplnú požiadavku P na bunkovú funkciu.
Poznámka k kultivácii: Všetky experimenty sa začali inokulami z trvalých + As / -P podmienok. Pred experimentami boli bunky pestované dlhodobo po viac generácií z jednej kolónie pestovanej na pevnom médiu bez pridania fosfátu. Predtým sa pestovali ako obohatenie pre viac ako 10 transferov a vždy do nového média, ktoré bolo + As / -P. Preto sa domnievame, že nedošlo k významnému prenosu P. P. Tiež tvrdíme, že by nebolo dostatok bunkového P na podporu ďalšieho rastu založeného na internej recyklačnej skupine P.
Otázka: Existuje ešte niečo, čo by verejnosť chcela pochopiť o svojom výskume alebo vedeckom procese?
odpoveď: Pre nás všetkých, pre celý náš tím, to, čo to bolo, bolo nepredstaviteľné. Sme skupina vedcov, ktorí sa stretli, aby riešili skutočne zaujímavý problém. Každý z nás využil svoj talent, od technickej zdatnosti až po intelektuálnu diskusiu, na objektívne určenie toho, čo sa presne deje v našich experimentoch. V novinách a tlači sme slobodne pripustili, že my a mnohí ďalší vedci musíme urobiť omnoho viac. Na tlačovej konferencii sa zúčastnil dokonca aj technický odborník, Dr. Steven Benner, ktorý vyjadril niektoré obavy, na ktoré sme reagovali vyššie. Jedným z dôvodov, prečo sme túto prácu priniesli komunite, bolo vytvorenie intelektuálnych a technických spojení pre väčšiu spoluprácu pri zodpovedaní mnohých pretrvávajúcich otázok. S našimi údajmi sme boli priehľadní a ukazovali sme všetky počiatočné a zaujímavé výsledky. Závery našej práce vychádzajú z toho, čo sme cítili ako najsrozumiteľnejší spôsob interpretácie série experimentov, pri ktorých by žiadny experiment nebol schopný odpovedať na veľkú otázku. "Mohol by mikrób použiť arzén namiesto fosforu na udržanie svojho rastu?" Najlepšia veda nám otvára nové otázky ako spoločenstvo a vzbudzuje záujem a predstavivosť širokej verejnosti. Ako komunikátori a predstavitelia vedy cítime, že podpora nových myšlienok s údajmi je rozhodujúca, ale tiež získavanie nových myšlienok pre ostatných, aby premýšľali a prinášali svoj talent.
Tešíme sa na spoluprácu s inými vedcami, a to buď priamo alebo sprístupnením buniek a poskytnutím vzoriek DNA príslušným odborníkom na ich analýzy, v snahe poskytnúť podrobnejší pohľad na tento zaujímavý nález.
Referencie
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. Crafts, Bull. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Zdroj: Webová stránka Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
