Reacțiunea din lucrarea „viață arsenică” care a fost publicată pe 2 decembrie, este încă în desfășurare. O parte din critici s-au referit la știință, în timp ce mult mai multe critici au fost despre acoperirea știrilor și, de asemenea, modul în care NASA a prezentat sau „a tachinat” publicul cu știri, folosind cuvintele „astrobiologie” și „viață extraterestră” în anunțul unei viitoare conferințe de presă. Astăzi, la conferința American Geophysical Union, unul dintre oamenii de știință ai echipei, Ron Oremland a discutat despre retragerea informațiilor și vom oferi o imagine de ansamblu asupra acesteia. Aproximativ în același timp, echipa științifică a lansat o declarație și câteva întrebări frecvente despre lucrarea științifică. Mai jos este acea declarație și informațiile furnizate de echipa științifică.
Răspuns la întrebările referitoare la articolul științific, „Un bacteriu care poate crește folosind arsenic în loc de fosfor”
-La 16 decembrie 2010-
Un articol de cercetare publicat pe 2 decembrie 2010 de revista Science a oferit mai multe linii de dovezi, care sugerează colectiv că o bacterie izolată din Lacul Mono din California poate înlocui arsenicul cu un procent mic din fosfor și își poate susține creșterea.
Această constatare a fost surprinzătoare, deoarece șase elemente - carbon, oxigen, hidrogen, azot, sulf și fosfor - alcătuiesc cea mai mare parte a moleculelor organice din materia vie, incluzând acizii nucleici, proteinele și lipidele. Oamenii de știință neafiliați cu echipa de cercetare au pus, prin urmare, întrebări potrivite provocatoare despre cercetare.
Un scop cheie al publicării savant este avansarea științei prin prezentarea de date interesante și propunerea de ipoteze testabile. Desigur, cele mai surprinzătoare descoperiri tind să genereze cel mai intens răspuns și scrutin din partea comunității științifice. Răspunsurile post-publicare la cercetările originale și eforturile de testare și reproducere a rezultatelor, în special în cazurile de descoperiri neașteptate, sunt un mecanism esențial pentru avansarea cunoștințelor științifice.
Redactorii științei au primit acum o serie de comentarii și scrisori tehnice care răspund la articolul „Un bacteriu care poate crește folosind arsenic în loc de fosfor”, de Felisa Wolfe-Simon și colegii săi. Comentariile și răspunsurile vor fi examinate și le vom publica într-un număr viitor al Științei.
Între timp, în efortul de a promova înțelegerea publică a lucrărilor, articolul de cercetare și o știre aferentă au fost puse la dispoziția publicului gratuit pe site-ul web științific pentru luna următoare. Aceste articole pot fi găsite online aici:
Echipa Wolfe-Simon, afirmând că, probabil, unele bacterii ar putea fi capabile să folosească arsenic sau să tolereze o substituție a fosforului în molecule organice, au colectat microbi din Lacul Mono, bogat în arsen și apoi le-au extins treptat din fosfor, hrănindu-le în schimb arsenic. Echipa a raportat că au luat măsuri pentru a exclude orice contaminare cu fosfor. Ei au ajuns la concluzia că dovezile lor sugerau că arsenicul înlocuise un procent mic din fosforul din ADN-ul lor.
Autori au descris diverse tipuri de dovezi, inclusiv:
* Spectrometrie de masă plasmatică cuplată inductiv.
Autorii au raportat că aceste rezultate au arătat că arsenicul se află în interiorul celulelor bacteriene, sugerând că nu era doar un contaminant lipit de exteriorul celulelor;
* Etichetarea radioactivă arsenicului.
Echipa lui Wolfe-Simon a spus că aceste dovezi le-au permis să localizeze substanța normal toxică în fracțiunile proteice, lipide, acid nucleic și metabolit ale celulelor, sugerând că acestea au fost luate în molecule care formează fiecare fracție.
* Spectrometrie de masă ionică secundară de înaltă rezoluție a ADN-ului după ce a fost separată de bacterii.
Autorii au raportat că aceste dovezi sugerează că ADN-ul izolat conținea în continuare arsenic.
* Analiză de raze X de intensitate mare (sincrotron).
Pe baza acestei dovezi, autorii au ajuns la concluzia că arsenul din bacterii pare să înlocuiască fosfații din ADN și alte molecule.
Întrebările despre descoperiri au avut tendința de a se concentra pe dacă bacteriile au încorporat cu adevărat arsenic în ADN și dacă microbii au încetat complet consumul de fosfor. În timp ce echipa preferă să adreseze întrebări printr-un proces revizuit de la egal la egal, Felisa Wolfe-Simon și Ron Oremland au furnizat aici câteva informații suplimentare ca serviciu public și să-și clarifice datele și procedurile. Știința subliniază că aceste răspunsuri nu au fost revizuite de la egal la egal; acestea sunt furnizate în numele autorilor numai ca un serviciu de informare publică, în timp ce revizuirea mai formală a răspunsurilor lor la comentariile trimise la Știință continuă.
Întrebări preliminare preliminare
Întrebare: Unii oameni s-au întrebat dacă ADN-ul a fost suficient de curățat prin tehnica dvs. folosind electroforeza cu gel, pentru a-l separa de alte molecule. Credeți că aceasta este o preocupare valabilă?
Răspuns:
Protocolul nostru de extracție și purificare a ADN-ului începe cu celule spălate, peletice din media. Acestea sunt apoi supuse unui protocol standard de extracție ADN, care a inclus mai multe etape de cloroform fenol pentru a elimina impuritățile, inclusiv orice arsenat neîncorporat (As). După aceasta, ADN-ul a fost electroforat, separand în continuare ADN-ul de impurități. Orice reziduu din medii ar fi fost îndepărtat prin spălarea celulelor înainte de extracție și prin repartizarea în faza apoasă în timpul treptelor fenolului: cloroform în extracție. Dacă s-ar fi încorporat într-o lipidă sau proteină, s-ar fi împărțit în fracțiile fenolului, fenolului: cloroformului sau cloroformului. În plus, ADN-ul extras în acest mod pe alte probe a fost de asemenea utilizat cu succes în analize suplimentare, inclusiv PCR, care necesită ADN extrem de purificat.
Arsenul măsurat de NanoSIMS în banda de gel este în concordanță cu celelalte măsurători și cu o altă linie de dovezi.
Experimentul nostru rotativ marcat 73AsO43- a arătat că din radiomarcă totală asociată cu peletă celulară 11,0% ± 0,1% a fost asociată cu fracția ADN / ARN. Acest lucru a indicat că ar trebui să ne așteptăm la un oarecare arsenat din totalul asociat cu acizii nucleici. Pentru a interpreta aceste date, am cuplat interpretarea noastră cu dovezile noastre EXAFS care sugerează că arsenicul intracelular era As (V) legat de C și nu era liber în soluție ca ion. Acest lucru sugerează așa cum este, o moleculă organică cu distanțe de legătură în concordanță cu un mediu chimic analog fosfatului (fig. 3A, tabelul „lungimile legăturii” S3). Susținând în continuare interpretarea noastră a celor două analize menționate anterior, am folosit o a treia linie de dovezi de la NanoSIMS, o tehnică complet diferită față de celelalte două. Găsim arsenic elementar (măsurat de NanoSIMS) asociat cu banda de gel care este de mai mult de două ori fundalul în gel. Pe baza discuțiilor de mai sus, nu considerăm că aceasta este o preocupare valabilă.
Întrebare: Alții au susținut că ADN-ul legat de arsenat ar fi trebuit să se destrame rapid atunci când a fost expus la apă. Ați putea aborda asta?
Răspuns:
Nu suntem conștienți de niciun studiu care să se adreseze arsenatului legat în poliesterii cu catenă lungă sau di-sau tri-esteri de nucleotide, care ar fi direct relevanți pentru studiul nostru. Studiile publicate au arătat că esterii de arsenic simpli au rate de hidroliză mult mai mari decât esterii de fosfați (1-3). Experimentele publicate până în prezent au analizat în mod special schimbul sau hidroliza tri-esterilor alchilici de arsenat [ecqn. 1] și di-esteri alchil ai arsenitului [ec. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
unde R = metil, etil, n-pentil și izopropil. Referința 2 a demonstrat că ratele de hidroliză pentru acești senzori alchil simpli ai arsenului au scăzut odată cu creșterea lungimii lanțului de carbon (complexitatea) substituentului alchil (metil> etil> n-pentil> izopropil). Nu s-a lucrat la ratele de hidroliză ale nucleotidelor legate de arsenat sau ale altor părți relevante biologic.
Dacă tendința de viteză hidrolitică este raportată în Ref. 2 continuă până la organice cu greutate mai mare, cum ar fi cele găsite în biomolecule, este de conceput că biopolimerii legați de arsenat ar putea fi mai rezistenți la hidroliză decât se credea anterior. Compușii mici model investigat în Ref. 1-3 sunt relativ flexibile și pot adopta cu ușurință geometria ideală pentru ca apa să atace legătura arseno-esterului. Cu toate acestea, esterii de arsenat de bio-molecule mari sunt împiedicați mai steric, ceea ce duce la viteze mai scăzute de hidroliză.
Acest tip de constrângere sterică asupra vitezei de reacție reprezintă o gamă largă de rate observate în comportamentul unor nucleotide legate de fosfați. În ribozimele mici, legăturile de fotodiester la locul catalizei pot fi hidrolizate de ordinul a zeci de secunde (cu o viteză chimică de 1 s-1). Această îmbunătățire a vitezei se realizează orientând legătura pentru atacul în linie de către un nucleofil (o grupare hidroxil adiacentă 2). Mai mult, tiparele de autodegradare sunt în concordanță cu compoziția de bază specifică. Pe de altă parte, ratele de hidroliză pentru legăturile de fosfodiester în forma A duplexes de ARN sunt multe ordine de mărime mai lente, deoarece aceste legături nu pot accesa cu ușurință geometria necesară hidrolizei.
Viteza ADN-ului poate fi mult mai lentă decât compușii model din cauza constrângerilor geometrice impuse pe coloana vertebrală a elicei.
Cinetica hidrolizei biopolimerilor legați de arsenat este în mod clar un domeniu în care sunt necesare mai multe cercetări.
Întrebare: Este posibil ca sărurile din mediile dvs. de creștere să fi furnizat suficientă urmă de fosfor pentru a susține bacteriile?
Răspuns:
Datele și etichetarea probelor din tabelul S1 au provocat o anumită confuzie. Pentru a clarifica, pentru fiecare experiment, a fost făcut un singur lot de apă artificială Mono Lake cu următoarea formulare: săruri AML60, fără P, fără As, fără glucoză, fără vitamine. Tabelul S1 prezintă exemple de măsurători ICPMS de fosfor elementar (~ 3 pM) și arsenat făcute pe această formulare înainte de alte adăugări. Apoi am adăugat glucoză și vitamine pentru toate cele trei tratamente și fie în ceea ce privește tratamentele + As, fie P pentru tratamentele + P. Măsurătorile P efectuate pe mediu după adăugarea de zaharoză și vitamine și după adăugarea de As au fost, de asemenea, ~ 3 pM în acest lot. Prin urmare, a fost clar că orice impuritate P care a fost măsurată (~ 3 pM, acesta a fost intervalul ridicat) a venit cu sărurile majore și că toate experimentele conțin fundal P identic (inclusiv orice P adus cu inocula de cultură).
În lucrarea Science, vom arăta datele dintr-un experiment al multor experimente replicate care nu demonstrează creșterea celulelor în medii fără arsenat sau fosfat adăugat (Figura 1). Aceste date demonstrează clar că tulpina GFAJ-1 nu a fost în măsură să utilizeze 3µM P pentru a sprijini o creștere suplimentară în absența arsenatului. Mai mult, conținutul de P intracelular determinat pentru celulele crescute cu + As / -P nu a fost suficient pentru a susține cerința completă a P pentru funcția celulară.
Notă despre cultivare: Toate experimentele au fost inițiate cu inocule din condiții susținute + As / -P. Înainte de experimente, celulele fuseseră cultivate pe termen lung, timp de mai multe generații dintr-o singură colonie cultivată pe medii solide fără fosfat adăugat. Înainte de aceasta, ele au fost crescute ca o îmbogățire pentru mai mult de 10 transferuri și întotdeauna într-un mediu nou care a fost + As / -P. Prin urmare, considerăm că nu există o reportare semnificativă a P. Noi, de asemenea, susținem că nu ar fi existat suficientă P celulară pentru a susține creșterea suplimentară bazată pe un bazin intern de reciclare a P.
Întrebare: Există orice altceva ai dori ca publicul să înțeleagă despre cercetarea ta sau despre procesul științific?
Răspuns: Pentru noi toți, întreaga noastră echipă, cum era asta era de neimaginat. Suntem un grup de oameni de știință care s-au reunit pentru a aborda o problemă cu adevărat interesantă. Fiecare ne-am folosit talentele, de la priceperea tehnică la discuția intelectuală, pentru a determina obiectiv ce se întâmplă exact în experimentele noastre. Am recunoscut liber în lucrare și în presă că avem mult, mult mai multă muncă de făcut de noi și de o mulțime de alți oameni de știință. Conferința de presă a inclus chiar un expert tehnic, dr. Steven Benner, care a exprimat unele dintre preocupările la care am răspuns mai sus. O parte din motivul nostru pentru a aduce această lucrare în comunitate a fost să realizăm conexiunile intelectuale și tehnice pentru mai multe colaborări pentru a răspunde la multe dintre întrebările persistente. Am fost transparenti cu datele noastre si am aratat fiecare baza de date si rezultate interesante. Concluziile lucrării noastre se bazează pe ceea ce am considerat că a fost cel mai parsimonios mod de a interpreta o serie de experimente în care niciun singur experiment nu ar putea răspunde la marea întrebare. „Un microb ar putea folosi arsenic în locul fosforului pentru a-și susține creșterea?” Cea mai bună știință ne deschide noi întrebări ca comunitate și stârnește interesul și imaginația publicului larg. În calitate de comunicatori și reprezentanți ai științei, considerăm că sprijinul noilor idei cu date este esențial, dar și pentru a genera idei noi pentru ca ceilalți să se gândească și să-și aducă talentele.
Așteptăm cu nerăbdare să colaborăm cu alți oameni de știință, direct sau prin punerea la dispoziție a celulelor în mod liber și furnizarea de mostre de ADN experților adecvați pentru analizele lor, în efortul de a oferi mai multe informații despre această constatare intrigantă.
Referințe
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. Meșteșuguri, Taur. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochimie 23, 955 (1984).
Sursa: site-ul Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
