Vůle z dokumentu „arzenický život“, který byl publikován 2. prosince, stále pokračuje. Část kritiky se týkala vědy, zatímco mnohem více kritiky se týkalo zpravodajství a také toho, jak NASA představila nebo „škádlila“ veřejnost zprávami, pomocí slov „astrobiologie“ a „mimozemský život“ oznámení nadcházející tiskové konference. Dnes, na konferenci American Geofyzical Union, jeden z vědců týmu, Ron Oremland diskutoval o spadu ze zpravodajství a já o tom krátce poskytnu přehled. Přibližně ve stejnou dobu vědecký tým vydal prohlášení a některé časté dotazy týkající se vědecké práce. Níže je uvedeno toto prohlášení a informace poskytnuté vědeckým týmem.
Odpověď na otázky týkající se vědeckého článku „Bakterie, která může růst použitím arzenu místo fosforu“
- Od 16. prosince 2010 -
Výzkumný článek publikovaný 2. prosince 2010 časopisem Science poskytl několik řádků důkazů, které společně naznačují, že bakterie izolované z kalifornského Mono Lake může nahradit arzén malým procentem jeho fosforu a udržet jeho růst.
Toto zjištění bylo překvapivé, protože šest prvků - uhlík, kyslík, vodík, dusík, síra a fosfor - tvoří většinu organických molekul v živé hmotě, včetně nukleových kyselin, proteinů a lipidů. Vědci, kteří nejsou přidruženi k výzkumnému týmu, proto položili přiměřeně náročné otázky ohledně výzkumu.
Klíčovým účelem vědecké publikace je rozvíjet vědu předkládáním zajímavých údajů a navrhováním testovatelných hypotéz. Pochopitelně, nejpřekvapivější zjištění mají tendenci generovat nejintenzivnější reakci a kontrolu ze strany vědecké komunity. Post-publikační reakce na původní výzkum a snaha o testování a replikaci výsledků, zejména v případech neočekávaných zjištění, jsou základním mechanismem pro rozvoj vědeckých poznatků.
Vědečtí editoři nyní obdrželi řadu technických komentářů a dopisů reagujících na článek „Bakterium, které může růst pomocí arzenu místo fosforu“, Felisa Wolfe-Simon a jeho kolegové. Komentáře a odpovědi budou podrobeny kontrole a zveřejníme je v budoucím čísle Science.
Mezitím, ve snaze podpořit veřejné porozumění této práci, byl výzkumný článek a související novinky zpřístupněny veřejnosti na webu vědy na příští měsíc. Tyto články najdete online zde:
Tým Wolfe-Simon, který se domníval, že by některé bakterie mohly být schopny použít arsen nebo tolerovat nějakou náhradu za fosfor v organických molekulách, shromáždil mikroby z arzenu bohatého Mono Lake a postupně je odstavil z fosforu a místo toho je napájel arzénem. Tým oznámil, že podnikl kroky k vyloučení jakékoli kontaminace fosforem. Došli k závěru, že jejich důkazy naznačují, že arsen nahradil malé procento fosforu v jejich DNA.
Autoři popsali různé typy důkazů, včetně:
* Indukčně vázaná plazmatická hmotnostní spektrometrie.
Autoři uváděli, že tyto výsledky odhalily, že arzen byl uvnitř bakteriálních buněk, což naznačuje, že to nebyl pouze kontaminant přilepený na vnější straně buněk;
* Radioaktivní značení arsenu.
Wolfe-Simonův tým uvedl, že tyto důkazy jim umožnily spatřit normálně toxickou látku v proteinových, lipidových, nukleových kyselinách a metabolitových frakcích buněk, což naznačuje, že byla odebrána do molekul tvořících každou frakci.
* Hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů s vysokým rozlišením DNA poté, co byla oddělena od bakterií.
Autoři uvedli, že tento důkaz naznačuje, že izolovaná DNA stále obsahuje arsen.
* Rentgenová analýza s vysokou intenzitou (synchrotron).
Na základě těchto důkazů autoři došli k závěru, že se zdá, že arsen v bakteriích nahrazuje fosfáty v DNA a dalších molekulách.
Otázky týkající se těchto nálezů se spíše zaměřovaly na to, zda bakterie skutečně včlenily arsen do DNA a zda mikroby úplně přestaly spotřebovávat fosfor. Zatímco tým upřednostňuje řešit otázky prostřednictvím recenzovaného procesu, Felisa Wolfe-Simon a Ron Oremland zde poskytli některé další informace jako veřejnou službu a objasnili svá data a postupy. Věda zdůrazňuje, že tyto reakce nebyly přezkoumány; jsou poskytovány jménem autorů pouze jako veřejná informační služba, zatímco formální přezkoumání jejich odpovědí na připomínky zaslané vědě pokračuje.
Předběžné otázky a odpovědi
Otázka: Někteří lidé se ptali, zda vaše DNA byla dostatečně vyčistena vaší technikou pomocí gelové elektroforézy, aby byla oddělena od ostatních molekul. Máte pocit, že se jedná o oprávněný problém?
Odpovědět:
Náš protokol extrakce a čištění DNA začíná promytými buňkami peletovanými z média. Tyto látky se poté podrobí standardnímu extrakčnímu protokolu DNA, který zahrnuje několik kroků fenolchloroformu k odstranění nečistot, včetně jakéhokoli arsenátu nezačleněného do společnosti (As). Poté byla DNA podrobena elektroforéze, což dále oddělilo DNA od nečistot. Jakékoli zbytky As z média by byly odstraněny promytím buněk před extrakcí a rozdělením do vodné fáze během 3 kroků fenol: chloroform v extrakci. Pokud by byl As začleněn do lipidu nebo proteinu, rozdělil by se na frakce fenolu, fenolu: chloroformu nebo chloroformu. Kromě toho byla DNA extrahovaná tímto způsobem na jiné vzorky také úspěšně použita v dalších analýzách, včetně PCR, které vyžadují vysoce vyčištěnou DNA.
Arsen měřený NanoSIMS v gelovém pásmu je v souladu s našimi dalšími měřeními a další řadou důkazů.
Náš radioaktivně značený 73AsO43- experiment ukázal, že z celkového radioaktivního značení spojeného s buněčnou peletou bylo 11,0% ± 0,1% spojeno s frakcí DNA / RNA. To naznačuje, že bychom měli očekávat určitý arzenát z celkového souboru spojeného s nukleovými kyselinami. Pro interpretaci těchto dat jsme spojili naši interpretaci s naším důkazem EXAFS, který naznačuje, že intracelulární arzén byl As (V) vázán na C a nebyl v roztoku jako ion volný. To naznačuje, že As je v, organická molekula se vzdáleností vazby konzistentní s chemickým prostředím analogickým s fosfátem (tabulka 3A, S3 „délky vazeb“). Abychom podpořili naši interpretaci výše uvedených dvou analýz, použili jsme třetí řadu důkazů z NanoSIMS, což je úplně jiná technika než ostatní dvě. Najdeme elementární arsen (měřeno NanoSIMS) spojený s gelovým pásem, který je více než dvojnásobkem pozadí v gelu. Na základě výše uvedené diskuse nemáme pocit, že se jedná o oprávněný problém.
Otázka: Jiní tvrdili, že DNA spojená s arzenátem by se měla při vystavení vodě rychle rozpadnout. Mohl byste to vyřešit?
Odpovědět:
Nejsme si vědomi žádných studií, které by se zabývaly arsenátem vázaným v polyestrech s dlouhým řetězcem nebo nukleotidovými di- nebo triestery arsenátu, které by byly přímo relevantní pro naši studii. Publikované studie ukázaly, že jednoduché estery arzenu mají mnohem vyšší rychlost hydrolýzy než fosfátové estery (1-3). Dosud publikované experimenty se konkrétně zaměřily na výměnu nebo hydrolýzu alkyl triesterů arsenátu [Eqn. 1] a alkyl diestery arsenitu [Eqn. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
kde R = methyl, ethyl, n-pentyl a isopropyl. Reference 2 prokázala, že rychlosti hydrolýzy pro tyto jednoduché alkylové triestery arsenátu klesaly se zvyšující se délkou uhlíkového řetězce (složitost) alkylového substituentu (methyl> ethyl> n-pentyl> isopropyl). Nebyla provedena žádná práce na rychlosti hydrolýzy nukleotidů navázaných na arsenát nebo jiných biologicky relevantních skupin.
Pokud je trend hydrolytické rychlosti uváděn v Ref. 2 pokračuje k organickým látkám s větší hmotností, jako jsou organismy nalezené v biomolekulách, je možné, že biopolymery spojené s arsenátem by mohly být odolnější vůči hydrolýze, než se dříve myslelo. Malé modelové sloučeniny zkoumané v Ref. 1-3 jsou relativně flexibilní a mohou snadno přijmout ideální geometrii pro vodu k napadení arseno-esterové vazby. Arsenátové estery velkých biologických molekul však pravděpodobně budou více stéricky bráněny, což vede k pomalejším rychlostem hydrolýzy.
Tento typ stérického omezení rychlosti reakce odpovídá široké škále rychlostí pozorovaných v chování některých fosfoticky vázaných nukleotidů. V malých ribozymech mohou být vazodiesterové vazby v místě katalýzy hydrolyzovány řádově desítky sekund (chemickou rychlostí 1 s-1). Toto zvýšení rychlosti je dosaženo orientací vazby pro in-line útok nukleofilem (sousední 2 'hydroxylová skupina). Autodegradační vzorce jsou navíc konzistentní se specifickým základním složením. Na druhé straně, rychlosti hydrolýzy fosfodiesterových vazeb ve formě A duplexů RNA jsou o mnoho řádů pomalejší, protože tyto vazby nemohou snadno získat geometrii nezbytnou pro hydrolýzu.
Rychlosti v DNA mohou být mnohem pomalejší než modelové sloučeniny kvůli geometrickým omezením uvaleným na páteř spirálou.
Kinetika hydrolýzy biopolymerů vázaných na arzenát je zjevně oblastí, kde je zapotřebí dalšího výzkumu.
Otázka: Je možné, že soli ve vašem růstovém médiu by mohly poskytnout dostatečné množství stopového fosforu pro udržení bakterií?
Odpovědět:
Údaje a označení vzorků v tabulce S1 způsobily určitý zmatek. K objasnění, pro každý experiment, byla vyrobena jedna šarže umělé vody Mono Lake s následující formulací: soli AML60, žádné P, žádné As, žádná glukóza, žádné vitamíny. Tabulka S1 ukazuje příklady měření ICPMS elementárního fosforu (~ 3 uM) a arzenátu na této formulaci před jakýmkoli dalším přidáním. Pak jsme přidali glukózu a vitamíny pro všechny tři ošetření a buď pro ošetření As +, nebo pro ošetření + P. Měření P na médiu po přidání sacharózy a vitamínů a po přidání As byla v této šarži také ~ 3 uM. Bylo tedy zřejmé, že jakákoli nečistota P, která byla měřena (~ 3 uM, to byl vysoký rozsah), přicházela s hlavními solemi a že všechny experimenty obsahují identické pozadí P (včetně jakéhokoli P přivedeného s inokulami kultury).
Ve vědeckém článku ukazujeme data z jednoho experimentu z mnoha replikovaných experimentů, které neprokazují růst buněk v médiu bez přidaného arzenátu nebo fosfátu (obrázek 1). Tato data jasně ukazují, že kmen GFAJ-1 nebyl schopen použít 3 uM P k podpoře dalšího růstu v nepřítomnosti arsenátu. Kromě toho, obsah intracelulárního P určený pro buňky pěstované + As / -P nepostačoval k podpoře úplného požadavku P na buněčnou funkci.
Poznámka k kultivaci: Všechny experimenty byly zahájeny inokulami z trvalých + As / -P podmínek. Před experimenty byly buňky pěstovány dlouhodobě po několik generací z jedné kolonie pěstované na pevném médiu bez přidaného fosfátu. Předtím byly pěstovány jako obohacení pro více než 10 transferů a vždy do nového média, které bylo + As / -P. Cítíme proto, že nedochází k významnému přenosu P. P. Také tvrdíme, že by nebylo dostatek buněčného P na podporu dalšího růstu založeného na interní recyklační skupině P.
Otázka: Existuje ještě něco, co byste chtěli, aby veřejnost pochopila o vašem výzkumu nebo o vědeckém procesu?
Odpovědět: Pro nás všechny, celý náš tým, to, co to bylo, bylo nepředstavitelné. Jsme skupina vědců, kteří se shromáždili, aby vyřešili opravdu zajímavý problém. Každý z nás použil svůj talent, od technické zdatnosti až po intelektuální diskusi, k objektivnímu určení toho, co se přesně děje v našich experimentech. V novinách a v tisku jsme si svobodně přiznali, že máme mnohem více práce, kterou musíme udělat my a celá řada dalších vědců. Součástí tiskové konference byl i technický odborník, Dr. Steven Benner, který vyjádřil některé obavy, na které jsme reagovali výše. Součástí našeho důvodu pro přivedení této práce do komunity bylo vytvoření intelektuálních a technických vazeb pro další spolupráci při zodpovězení mnoha přetrvávajících otázek. Byli jsme transparentní s našimi údaji a ukazovali každý počáteční a zajímavý výsledek. Závěry naší práce jsou založeny na tom, co jsme cítili jako nejspornější způsob interpretace řady experimentů, kde žádný experiment nebude schopen odpovědět na velkou otázku. "Mohl by mikrob použít arsen místo fosforu k udržení svého růstu?" Nejlepší věda nám otevírá nové otázky jako společenství a vzbuzuje zájem a představivost široké veřejnosti. Jako komunikátoři a představitelé vědy cítíme, že podpora nových nápadů daty je kritická, ale také vytváříme nové nápady pro ostatní, aby přemýšleli a přivedli své nadání.
Těšíme se na spolupráci s dalšími vědci, ať už přímo nebo zpřístupněním buněk a poskytnutím vzorků DNA příslušným odborníkům pro jejich analýzu, ve snaze poskytnout více informací o tomto zajímavém zjištění.
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. Řemesla, Bull. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Zdroj: Web Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
