Povratni odjek rada "arsenski život" koji je objavljen 2. prosinca i dalje traje. Neke su se kritike odnosile na znanost, dok se mnogo više kritika odnosila na izvještavanje o vijestima i na način kako je NASA uvela ili "zadirkivala" javnost vijestima, koristeći riječi "astrobiologija" i "izvanzemaljski život" u svojim najava predstojeće konferencije za novinare. Danas je na konferenciji Američke geofizičke unije jedan od znanstvenika tima, Ron Oremland, raspravljao o ispadanju iz vijesti, a uskoro ću ga pružiti pregled. Otprilike u isto vrijeme, znanstveni tim objavio je izjavu i neka često postavljana pitanja o znanstvenom radu. Ispod je izjava i podaci koje je dao znanstveni tim.
Odgovor na pitanja koja se tiču članka o znanosti, "Bakterija koja se može razviti primjenom arsena umjesto fosfora"
-Od 16. prosinca 2010-
Istraživački članak objavljen u časopisu Science 2. prosinca 2010., pružio je nekoliko dokaza, kolektivno sugerirajući da bakterija izolirana iz kalifornijskog Mono jezera može zamijeniti arsen za mali postotak fosfora i održati njegov rast.
Taj je nalaz bio iznenađujući jer šest elemenata - ugljik, kisik, vodik, dušik, sumpor i fosfor čine većinu organskih molekula u živoj tvari, uključujući nukleinske kiseline, proteine i lipide. Znanstvenici koji nisu povezani sa istraživačkim timom postavljali su na odgovarajući način izazovna pitanja o istraživanju.
Ključna svrha znanstvenog objavljivanja jest unapređivanje znanosti predstavljanjem zanimljivih podataka i predlaganjem testirajućih hipoteza. Razumljivo je da, najčudnija otkrića uglavnom generiraju najintenzivniji odgovor i pomno promatranje znanstvene zajednice. Odgovori na izvorna istraživanja nakon objavljivanja te napori za testiranje i umnožavanje rezultata, osobito u slučajevima neočekivanih nalaza, važan su mehanizam za unapređivanje znanstvenih saznanja.
Znanstveni urednici sada su primili brojne tehničke komentare i pisma u odgovoru na članak „Bakterija koja se može razvijati korištenjem arsena umjesto fosfora“, Felisa Wolfe-Simon i njegove kolege. Komentari i odgovori bit će podvrgnuti reviziji, a mi ćemo ih objaviti u budućem broju Science.
U međuvremenu, u nastojanju da potaknu razumijevanje javnosti o radu, članak o istraživanju i srodna vijest dostupni su za sljedeći mjesec besplatno dostupni javnosti putem web stranice Science. Članke možete pronaći na mreži ovdje:
Tim Wolfe-Simon, koji je teoretizirao da bi neke bakterije mogle koristiti arsen ili tolerirati neku zamjenu fosfora u organskim molekulama, skupljao je mikrobe iz Mono jezera bogatog arsenom i potom ih postupno odbacivao od fosfora, hraneći ih arsenom. Tim je izvijestio da su poduzeli korake kako bi isključili zagađenje fosforom. Zaključili su da njihovi dokazi sugeriraju da je arsen zamijenio mali postotak fosfora u njihovoj DNK.
Autori su opisali različite vrste dokaza, uključujući:
* Induktivno povezana spektrometrija mase plazme.
Autori su izvijestili da su ovi rezultati otkrili da se arsen nalazi u stanicama bakterija, sugerirajući da to nije samo kontaminant zaglavljen u vanjskoj površini stanica;
* Radioaktivno označavanje arsena.
Wolfe-Simonov tim rekao je da im ovi dokazi omogućuju da uoče normalno otrovnu tvar unutar frakcija proteina, lipida, nukleinske kiseline i metabolita, sugerirajući da su bili uzeti u molekule koje formiraju svaku frakciju.
* Sekundarna ionska masena spektrometrija visoke rezolucije nakon odvajanja od bakterija.
Autori su izvijestili da ovi dokazi sugeriraju da izolirana DNK još uvijek sadrži arsen.
* Rendgenska analiza visokog intenziteta (sinkrotrona).
Na temelju tih dokaza, autori su zaključili da se čini da arsen u bakterijama zamjenjuje fosfate u DNK i drugim molekulama.
Pitanja o nalazima uglavnom su usredotočena na to jesu li bakterije doista ugradile arsen u DNK i jesu li mikrobi potpuno prestali konzumirati fosfor. Dok tim radije rješava pitanja putem postupka recenziranja, Felisa Wolfe-Simon i Ron Oremland ovdje su pružili neke dodatne informacije kao javne usluge i pojašnjavali svoje podatke i postupke. Znanost naglašava da ti odgovori nisu recenzirani; pružaju se u ime autora samo kao usluga javnog informiranja, dok se formalno preispituje njihove odgovore na komentare poslane Scienceu.
Preliminarna pitanja i odgovori
Pitanje: Neki ljudi postavljaju pitanje je li DNK dovoljno očišćen vašom tehnikom pomoću gel elektroforeze da bi ga odvojio od ostalih molekula. Mislite li da je to opravdana briga?
Odgovor:
Naš protokol za ekstrakciju i pročišćavanje DNK započinje ispranim stanicama, peletima iz medija. Zatim se podvrgavaju standardnom protokolu ekstrakcije DNK, koji je uključivao više koraka fenol-kloroforma za uklanjanje nečistoća, uključujući nekorporaćeni arsenat (As). Nakon toga, DNA je elektroforezirana, čime je DNA odvojena od nečistoće. Bilo koji preostali materijal iz medija uklonjen je ispiranjem stanica prije ekstrakcije i podjelom u vodenoj fazi tijekom koraka 3 fenola: kloroforma u ekstrakciji. Kad bi As bio ugrađen u lipidi ili protein, on bi se podijelio na frakcije fenola, fenola: kloroforma ili kloroforma. Uz to, DNK izdvojen na ovaj način na drugim uzorcima također je uspješno korišten u daljnjim analizama, uključujući PCR, za koje je potrebna visoko pročišćena DNA.
Arsen koji je izmjeren NanoSIMS u gelskom pojasu u skladu je s ostalim našim mjerenjima i još jednim dokazom.
Naš radioobilježeni eksperiment sa 73AsO43 pokazao je da je ukupni radioaktivni znak povezan sa staničnom peletom 11,0% ± 0,1% povezan s frakcijom DNA / RNA. To je ukazivalo da treba očekivati arsenat ukupnog bazena povezanog s nukleinskim kiselinama. Da bismo protumačili ove podatke, povezali smo našu interpretaciju sa našim EXAFS dokazima koji sugeriraju da je unutarćelijski arsen kao (V) vezan za C i da nije slobodan u otopini kao ion. Ovo sugeriše da As postoji, organska molekula s udaljenostima veze u skladu s kemijskim okruženjem analognim fosfatu (Sl. 3A, S3 tablica "duljine veze"). Dajući potporu našoj interpretaciji prethodne dvije analize, koristili smo treću crtu dokaza iz NanoSIMS-a, potpuno drugačiju tehniku od druge dvije. Pronalazimo elementarni arsen (mjeren NanoSIMS-om) povezan s gel trakom koja je više od dva puta veća od pozadine u gelu. Na temelju gornje rasprave, ne smatramo da je to valjana briga.
Pitanje: Drugi su tvrdili da bi se DNA koja je bila vezana za arsenat trebala brzo raspasti kada bi bila izložena vodi. Možete li to riješiti?
Odgovor:
Nismo svjesni nijedne studije koja se bavi arsenatom vezanim u poliesterima dugog lanca ili nukleotidnim di- ili tri-esterima arsenata, a koji bi bili izravno relevantni za našu studiju. Objavljena ispitivanja pokazala su da jednostavni esteri arsena imaju mnogo veću stopu hidrolize od fosfatnih estera (1-3). Do sada objavljeni eksperimenti posebno su proučavali izmjenu ili hidrolizu alkil triestera arsenata [Eqn. 1] i alkilni diesteri arsenita [ekv. 2]:
OA (ILI) 3 + H2O? OA (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OA (OH) (OR) 2 + H20? OA (OH) 2 (OR) + ROH [2]
gdje je R = metil, etil, n-pentil i izopropil. Referentna 2 pokazala je da se stopa hidrolize ovih jednostavnih alkilnih pokušaja arsenata smanjuje s povećanjem duljine (složenosti) ugljikovog lanca (metil> etil> n-pentil> izopropil). Nije učinjeno ništa na stupnju hidrolize arsenata povezanih nukleotida ili drugih biološki relevantnih ostataka.
Ako je trend hidrolizne stope prijavljen u Ref. 2 nastavlja s organima veće težine, poput onih koji se nalaze u biomolekulama, moguće je da bi biopolimeri povezani arsenatima mogli biti otporniji na hidrolizu nego što se prije mislilo. Mali spojevi ispitivani u brojevima br. 1-3 su relativno fleksibilni i lako mogu usvojiti idealnu geometriju vode za napad na arseno-estersku vezu. Međutim, vjerojatno je da će arsenatni esteri velikih bio-molekula biti sterički ometeniji što dovodi do sporih stopa hidrolize.
Ova vrsta steričkog ograničenja brzine reakcije objašnjava širok raspon stopa koje se mogu vidjeti u ponašanju nekih nukleotida povezanih s fosfatima. U malim ribozimima, fofodiesterske veze na mjestu katalize mogu se hidrolizirati u vremenu od nekoliko desetaka sekundi (s kemijskom brzinom od 1 s-1). Ovo povećanje brzine postiže se orijentacijom veze za linijski napad nukleofila (susjedna 2 'hidroksilna skupina). Nadalje, obrasci autodegradacije u skladu su s određenim baznim sastavom. S druge strane, stope hidrolize fosfodiesterskih veza u A dupleksima RNK su mnogostruko manje, jer ove veze ne mogu lako pristupiti geometriji koja je potrebna za hidrolizu.
Brzine u DNK mogu biti mnogo sporije od spojeva modela zbog geometrijskih ograničenja koja helix nameću na kralježnici.
Kinetika hidrolize biopolimera vezanih uz arsenat očito je područje na kojem je opravdano više istraživanja.
Pitanje: Je li moguće da su soli u vašem mediju rasta mogle osigurati dovoljno fosfora u tragovima za održavanje bakterija?
Odgovor:
Podaci i označavanje uzoraka u tablici S1 uzrokovali su određenu zbrku. Da razjasnimo, za svaki pokus napravljena je jedna serija umjetne vode iz jezera Mono sa sljedećom formulacijom: AML60 soli, bez P, ne As, bez glukoze, bez vitamina. Tablica S1 prikazuje primjere ICPMS mjerenja elementarnog fosfora (~ 3 uM) i arsenata napravljenih na ovoj formulaciji prije bilo kakvih daljnjih dodavanja. Zatim smo dodali glukozu i vitamine za sva tri tretmana i bilo za A + kao tretmane ili P za + P tretmane. P mjerenja načinjena na mediju nakon dodatka saharoze i vitamina i nakon dodatka As također su bila ~ 3 uM u ovoj partiji. Stoga je bilo jasno da svaka izmjerena nečistoća P (~ 3 µM, to je bio visoki raspon) dolazi s glavnim solima, te da svi pokusi sadrže identičnu P pozadinu (uključujući bilo koji P uveden s inokulacijom kulture).
U Znanstvenom radu prikazujemo podatke jednog eksperimenta mnogih ponovljenih pokusa koji ne pokazuju rast stanica u mediju bez dodavanja arsenata ili fosfata (Slika 1). Ovi podaci jasno pokazuju da soj GFAJ-1 nije bio u mogućnosti iskoristiti 3 uM P kako bi podržao daljnji rast u nedostatku arsenata. Nadalje, sadržaj unutarćelijskog P određen za stanice uzgojene kao As / -P nije bio dovoljan da podupire puni zahtjev P za staničnu funkciju.
Napomena o kultiviranju: Svi su pokusi započeti s inokulacijom iz održanih + As / -P uvjeta. Prije eksperimenata, stanice su uzgajane dugotrajno, tijekom više generacija iz jedne kolonije koje su uzgajane na čvrstom mediju bez dodatka fosfata. Prije toga, uzgajani su kao obogaćenje za više od 10 transfera i uvijek u novi medij koji je bio + As / -P. Stoga smatramo da nema značajnog prenošenja P. Također tvrdimo da ne bi bilo dovoljno staničnog P da podrži dodatni rast na temelju unutarnjeg bazena P. za recikliranje.
Pitanje: Postoji li još nešto što bi javnost htjelo razumjeti o vašem istraživanju ili o znanstvenom procesu?
Odgovor: Za sve nas, cijelu našu ekipu, ovo je bilo nezamislivo. Mi smo skupina znanstvenika koji su se okupili da bi riješili stvarno zanimljiv problem. Svi smo koristili svoje talente, od tehničke vještine do intelektualne rasprave, da objektivno utvrdimo što se točno događalo u našim eksperimentima. U radu i tisku slobodno smo priznali da nas i čitav niz drugih znanstvenika trebaju još mnogo, puno raditi. Na konferenciji za novinare uključen je čak i tehnički stručnjak dr. Steven Benner koji je izrazio neke od briga na koje smo gore odgovorili. Dio našeg razloga za pripajanje ovog rada zajednici bio je stvaranje intelektualnih i tehničkih veza radi više suradnji da bi se odgovorilo na mnoga odvažna pitanja. Bili smo transparentni s našim podacima i pokazali smo svaki podatak i zanimljiv rezultat. Zaključci našeg rada temelje se na onome što smo smatrali da je bio najprimamljiviji način tumačenja niza eksperimenata u kojima niti jedan eksperiment ne bi mogao odgovoriti na veliko pitanje. "Može li mikroba koristiti arsen umjesto fosfora da održi svoj rast?" Najbolja znanost otvara nova pitanja za nas kao zajednicu i podstiče interes i maštu opće javnosti. Kao komunikatori i predstavnici znanosti, smatramo da je podrška novih ideja s podacima presudna, ali i da bi se nove ideje mogle razmisliti i donijeti njihov talent.
Radujemo se što ćemo raditi s drugim znanstvenicima, bilo izravno ili čineći ćelije slobodno dostupnim i pružajući DNK uzorke odgovarajućim stručnjacima za njihove analize, u nastojanju da pružimo bolji uvid u ovaj intrigantan nalaz.
Reference
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. Obrt, Bik. Soc. Chim. Fra 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Izvor: Web-lokacija Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
