Η αντίδραση από την εφημερίδα «Αρσενικό ζωή» που δημοσιεύθηκε στις 2 Δεκεμβρίου, συνεχίζεται. Μερικές από τις επικρίσεις αφορούσαν την επιστήμη, ενώ πολύ περισσότερη κριτική αφορούσε την κάλυψη των ειδήσεων και επίσης τον τρόπο με τον οποίο η NASA εισήγαγε ή «πειράζει» το κοινό με ειδήσεις, χρησιμοποιώντας τις λέξεις «αστροβιολογία» και «εξωγήινη ζωή» ανακοίνωση επερχόμενης συνέντευξης τύπου. Σήμερα, στο συνέδριο της Αμερικανικής Γεωφυσικής Ένωσης, ένας από τους επιστήμονες της ομάδας, ο Ron Oremland, συζήτησε την επίπτωση από την κάλυψη ειδήσεων και θα σας δώσω μια σύντομη επισκόπηση αυτού. Περίπου την ίδια στιγμή, η επιστημονική ομάδα κυκλοφόρησε μια δήλωση και μερικές συχνές ερωτήσεις σχετικά με το επιστημονικό έγγραφο. Παρακάτω είναι αυτή η δήλωση και οι πληροφορίες που παρείχε η επιστημονική ομάδα.
Απάντηση σε ερωτήσεις σχετικά με το επιστημονικό άρθρο, «Ένα βακτήριο που μπορεί να αναπτυχθεί χρησιμοποιώντας το αρσενικό αντί του φωσφόρου»
-Από 16 Δεκεμβρίου 2010-
Ένα ερευνητικό άρθρο που δημοσιεύθηκε στις 2 Δεκεμβρίου 2010 από το περιοδικό Science παρείχε αρκετές αποδείξεις, υποδηλώνοντας συλλογικά ότι ένα βακτήριο που απομονώθηκε από τη λίμνη Mono της Καλιφόρνιας μπορεί να αντικαταστήσει το αρσενικό για ένα μικρό ποσοστό του φωσφόρου του και να διατηρήσει την ανάπτυξή του.
Αυτό το εύρημα ήταν εκπληκτικό επειδή έξι στοιχεία - άνθρακας, οξυγόνο, υδρογόνο, άζωτο, θείο και φώσφορος - αποτελούν τα περισσότερα από τα οργανικά μόρια στη ζωντανή ύλη, συμπεριλαμβανομένων των νουκλεϊκών οξέων, των πρωτεϊνών και των λιπιδίων. Επιστήμονες που δεν είναι συνδεδεμένοι με την ερευνητική ομάδα έχουν υποβάλει κατάλληλα προκλητικές ερωτήσεις σχετικά με την έρευνα.
Βασικός σκοπός της επιστημονικής δημοσίευσης είναι η προώθηση της επιστήμης παρουσιάζοντας ενδιαφέροντα δεδομένα και προτείνοντας δοκιμαστικές υποθέσεις. Είναι κατανοητό ότι τα πιο εκπληκτικά ευρήματα τείνουν να προκαλούν την πιο έντονη ανταπόκριση και έλεγχο από την επιστημονική κοινότητα. Οι απαντήσεις μετά την δημοσίευση στην αρχική έρευνα και οι προσπάθειες δοκιμής και αναπαραγωγής των αποτελεσμάτων, ειδικά σε περιπτώσεις απροσδόκητων ευρημάτων, αποτελούν ουσιαστικό μηχανισμό για την προώθηση της επιστημονικής γνώσης.
Οι συντάκτες της επιστήμης έλαβαν τώρα μια σειρά από τεχνικά σχόλια και επιστολές που ανταποκρίνονται στο άρθρο, «Ένα βακτήριο που μπορεί να αναπτυχθεί χρησιμοποιώντας το αρσενικό αντί του φωσφόρου», από τη Felisa Wolfe-Simon και συνεργάτες. Τα σχόλια και οι απαντήσεις θα υποβληθούν σε έλεγχο και θα τα δημοσιεύσουμε σε μελλοντικό τεύχος της Επιστήμης.
Εν τω μεταξύ, σε μια προσπάθεια να προωθηθεί η κατανόηση του έργου από το κοινό, το ερευνητικό άρθρο και ένα σχετικό κομμάτι ειδήσεων διατέθηκαν ελεύθερα στο κοινό μέσω του ιστότοπου Science για τον επόμενο μήνα. Αυτά τα άρθρα μπορείτε να βρείτε online εδώ:
Η ομάδα Wolfe-Simon, θεωρώντας ότι ίσως μερικά βακτήρια μπορεί να είναι σε θέση να χρησιμοποιούν αρσενικό ή να ανέχονται κάποια υποκατάσταση φωσφόρου σε οργανικά μόρια, συλλέγουν μικρόβια από πλούσια σε αρσενικό λίμνη Mono και στη συνέχεια σταδιακά τους απογαλακτίζουν φωσφόρο, τροφοδοτώντας τους ως προς το αρσενικό. Η ομάδα ανέφερε ότι έλαβε μέτρα για να αποκλείσει οποιαδήποτε μόλυνση από φωσφόρο. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα στοιχεία τους έδειξαν ότι το αρσενικό είχε αντικαταστήσει ένα μικρό ποσοστό του φωσφόρου στο DNA τους.
Διάφοροι τύποι αποδεικτικών στοιχείων περιγράφηκαν από τους συγγραφείς, όπως:
* Φασματομετρία μάζας πλάσματος επαγωγικά.
Οι συγγραφείς ανέφεραν ότι αυτά τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι το αρσενικό ήταν μέσα στα βακτηριακά κύτταρα, υποδηλώνοντας ότι δεν ήταν απλώς ένας μολυσματικός παράγοντας κολλημένος στο εξωτερικό των κυττάρων.
* Ραδιενεργή επισήμανση αρσενικού.
Η ομάδα του Wolfe-Simon είπε ότι αυτά τα στοιχεία τους επέτρεψαν να εντοπίσουν την κανονικά τοξική ουσία μέσα στα κλάσματα πρωτεΐνης, λιπιδίου, νουκλεϊκού οξέος και μεταβολίτη των κυττάρων, υποδηλώνοντας ότι είχε ληφθεί σε μόρια που σχηματίζουν κάθε κλάσμα.
* Φασματομετρία μάζας δευτερεύοντος ιόντος υψηλής ανάλυσης του DNA αφού είχε διαχωριστεί από τα βακτήρια.
Οι συγγραφείς ανέφεραν ότι αυτά τα στοιχεία έδειξαν ότι το απομονωμένο DNA περιείχε ακόμη αρσενικό.
* Ανάλυση ακτίνων Χ υψηλής έντασης (synchrotron).
Με βάση αυτά τα στοιχεία, οι συγγραφείς κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το αρσενικό στα βακτήρια φαίνεται να αντικαθιστά τα φωσφορικά άλατα στο DNA και σε άλλα μόρια.
Ερωτήσεις σχετικά με τα ευρήματα τείνουν να εστιάζονται στο κατά πόσον τα βακτήρια είχαν ενσωματώσει πραγματικά το αρσενικό στο DNA και αν τα μικρόβια είχαν σταματήσει εντελώς να καταναλώνουν φωσφόρο. Ενώ η ομάδα προτιμά να απαντήσει σε ερωτήσεις μέσω μιας διαδικασίας αξιολόγησης από ομοτίμους, οι Felisa Wolfe-Simon και Ron Oremland έχουν παράσχει κάποιες πρόσθετες πληροφορίες εδώ ως δημόσια υπηρεσία και για να διευκρινίσουν τα δεδομένα και τις διαδικασίες τους. Η επιστήμη τονίζει ότι αυτές οι απαντήσεις δεν έχουν αξιολογηθεί από ομοτίμους. Παρέχονται για λογαριασμό των συγγραφέων μόνο ως δημόσια υπηρεσία πληροφοριών, ενώ συνεχίζεται η πιο επίσημη επισκόπηση των απαντήσεών τους στα σχόλια που αποστέλλονται στην Επιστήμη.
Προκαταρκτικές ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερώτηση: Μερικοί άνθρωποι έχουν αμφισβητήσει εάν το DNA καθαρίστηκε επαρκώς με την τεχνική σας χρησιμοποιώντας ηλεκτροφόρηση γέλης, για να το διαχωρίσει από άλλα μόρια. Πιστεύετε ότι αυτή είναι μια έγκυρη ανησυχία;
Απάντηση:
Το πρωτόκολλο εξαγωγής και καθαρισμού DNA ξεκινά με πλυμένα κύτταρα, σφαιροποιημένα από μέσα. Αυτά στη συνέχεια υποβάλλονται σε ένα τυπικό πρωτόκολλο εκχύλισης DNA, το οποίο περιελάμβανε πολλαπλά στάδια χλωροφορμίου φαινόλης για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών, συμπεριλαμβανομένου τυχόν μη ενσωματωμένου αρσενικού (As). Μετά από αυτό, το DNA ηλεκτροφόρησε, διαχωρίζοντας περαιτέρω το DNA από ακαθαρσίες. Οποιοδήποτε υπολειπόμενο As από τα μέσα θα είχε αφαιρεθεί με πλύση των κυττάρων πριν από την εκχύλιση και με διαίρεση στην υδατική φάση κατά τη διάρκεια των σταδίων 3 φαινόλης: χλωροφορμίου στην εκχύλιση. Εάν όπως ενσωματώθηκε σε ένα λιπίδιο ή πρωτεΐνη, θα χωρίστηκε στα κλάσματα φαινόλης, φαινόλης: χλωροφορμίου ή χλωροφορμίου. Επιπροσθέτως, το DNA που εξήχθη με αυτόν τον τρόπο σε άλλα δείγματα χρησιμοποιήθηκε επίσης επιτυχώς σε περαιτέρω αναλύσεις, συμπεριλαμβανομένης της PCR, που απαιτούν πολύ καθαρισμένο DNA.
Το αρσενικό που μετράται από το NanoSIMS στη ζώνη γέλης είναι σύμφωνο με τις άλλες μετρήσεις μας και μια άλλη σειρά στοιχείων.
Το ραδιοσημασμένο μας 73AsO43- πείραμα έδειξε ότι από τη συνολική ραδιοσήμανση που σχετίζεται με το κυτταρικό σφαιρίδιο 11,0% ± 0,1% συσχετίστηκε με το κλάσμα DNA / RNA. Αυτό έδειξε ότι πρέπει να περιμένουμε κάποιο αρσενικό άλας της συνολικής δεξαμενής που σχετίζεται με τα νουκλεϊκά οξέα. Για την ερμηνεία αυτών των δεδομένων, συνδυάσαμε την ερμηνεία μας με τα αποδεικτικά στοιχεία EXAFS που υποδηλώνουν ότι το ενδοκυτταρικό αρσενικό ήταν As (V) συνδεδεμένο με το C και δεν ήταν ελεύθερο σε διάλυμα ως ιόν. Αυτό υποδηλώνει ότι το As είναι, ένα οργανικό μόριο με αποστάσεις δεσμού σύμφωνο με ένα χημικό περιβάλλον ανάλογο με το φωσφορικό (Σχ. 3Α, S3 "μήκη δεσμού" πίνακας). Υποστηρίζοντας περαιτέρω την ερμηνεία μας για τις προηγούμενες δύο αναλύσεις, χρησιμοποιήσαμε μια τρίτη σειρά στοιχείων από το NanoSIMS, μια εντελώς διαφορετική τεχνική από τις άλλες δύο. Βρίσκουμε στοιχειακό αρσενικό (όπως μετράται από το NanoSIMS) που σχετίζεται με τη ζώνη γέλης που είναι περισσότερο από δύο φορές το φόντο στο πήκτωμα. Με βάση την παραπάνω συζήτηση, δεν πιστεύουμε ότι αυτή είναι μια έγκυρη ανησυχία.
Ερώτηση: Άλλοι ισχυρίστηκαν ότι το DNA που συνδέεται με το αρσενικό θα έπρεπε να διαλυθεί γρήγορα όταν εκτίθεται σε νερό. Θα μπορούσατε να το αντιμετωπίσετε;
Απάντηση:
Δεν γνωρίζουμε μελέτες που να αφορούν το αρσενικό που είναι δεσμευμένο σε πολυεστέρες μακράς αλυσίδας ή νουκλεοτιδικούς δι- ή τριεστέρες του αρσενικού, οι οποίες θα σχετίζονται άμεσα με τη μελέτη μας. Δημοσιευμένες μελέτες έχουν δείξει ότι οι απλοί αρσενικοί εστέρες έχουν πολύ υψηλότερα ποσοστά υδρόλυσης από τους φωσφορικούς εστέρες (1-3). Τα πειράματα που έχουν δημοσιευτεί μέχρι σήμερα έχουν εξετάσει συγκεκριμένα την ανταλλαγή ή την υδρόλυση αλκυλ τρι-εστέρων του αρσενικού [Eqn. 1] και αλκυλ δι-εστέρες του αρσενίτη [Eqn. 2]:
OAs (Ή) 3 + H2O; OAs (OH) (Ή) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O; OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
όπου R = μεθύλιο, αιθύλιο, η-πεντύλιο και ισοπροπύλιο. Η αναφορά 2 έδειξε ότι οι ρυθμοί υδρόλυσης για αυτούς τους απλούς αλκυλεστέρες του αρσενικού μειώθηκαν με την αύξηση του μήκους της αλυσίδας άνθρακα (πολυπλοκότητα) του αλκυλ υποκαταστάτη (μεθυλ> αιθυλ> η-πεντυλ> ισοπροπυλ). Δεν έχουν γίνει εργασίες σχετικά με τους ρυθμούς υδρόλυσης των νουκλεοτιδίων που συνδέονται με το αρσενικό ή άλλων βιολογικά σχετικών τμημάτων.
Εάν η τάση υδρολυτικού ρυθμού αναφέρεται στην Αναφορά 2 συνεχίζει σε οργανικά μεγαλύτερου βάρους, όπως αυτά που βρίσκονται στα βιομόρια, είναι πιθανό τα βιοπολυμερή που συνδέονται με το αρσενικό να είναι πιο ανθεκτικά στην υδρόλυση από ό, τι πιστεύεται προηγουμένως. Οι μικρές πρότυπες ενώσεις που διερευνήθηκαν στο Ref Τα 1-3 είναι σχετικά εύκαμπτα και μπορούν εύκολα να υιοθετήσουν την ιδανική γεωμετρία για το νερό που προσβάλλει τον δεσμό αρσενο-εστέρα. Οι αρσενικοί εστέρες μεγάλων, βιο μορίων, ωστόσο, είναι πιθανό να παρεμποδίζονται πιο στερικά, οδηγώντας σε βραδύτερους ρυθμούς υδρόλυσης.
Αυτός ο τύπος στερικού περιορισμού στο ρυθμό αντίδρασης αντιπροσωπεύει το ευρύ φάσμα ρυθμών που παρατηρούνται στη συμπεριφορά ορισμένων νουκλεοτιδίων που συνδέονται με φωσφορικά. Σε μικρά ριβοένζυμα, οι σύνδεσμοι του φωσφοδιεστέρα στο σημείο της κατάλυσης μπορούν να υδρολυθούν με τη σειρά δεκάδων δευτερολέπτων (με χημικό ρυθμό 1 s-1). Αυτή η αύξηση του ρυθμού επιτυγχάνεται με προσανατολισμό της σύνδεσης για επίθεση εν σειρά από ένα νουκλεόφιλο (μια γειτονική ομάδα 2 'υδροξυλίου). Επιπλέον, τα πρότυπα αυτοαποδόμησης είναι συνεπή με συγκεκριμένη σύνθεση βάσης. Από την άλλη πλευρά, οι ρυθμοί υδρόλυσης για δεσμούς φωσφοδιεστέρα σε μορφή Α διπλής όψης του RNA είναι πολλές τάξεις μεγέθους βραδύτερες, επειδή αυτοί οι δεσμοί δεν μπορούν να έχουν εύκολη πρόσβαση στη γεωμετρία που απαιτείται για την υδρόλυση.
Οι ρυθμοί στο DNA μπορεί να είναι πολύ πιο αργοί από τις πρότυπες ενώσεις λόγω των γεωμετρικών περιορισμών που επιβάλλονται στην ραχοκοκαλιά από την έλικα.
Η κινητική της υδρόλυσης των βιοπολυμερών που συνδέονται με το αρσενικό είναι σαφώς ένας τομέας όπου απαιτείται περισσότερη έρευνα.
Ερώτηση: Είναι πιθανό ότι τα άλατα στα μέσα ανάπτυξης σας θα μπορούσαν να έχουν παράσχει αρκετό ίχνος φωσφόρου για τη διατήρηση των βακτηρίων;
Απάντηση:
Τα δεδομένα και η επισήμανση του δείγματος στον Πίνακα S1 προκάλεσαν κάποια σύγχυση. Για να διευκρινιστεί, για κάθε πείραμα, δημιουργήθηκε μία μόνο παρτίδα τεχνητού νερού Mono Lake με την ακόλουθη σύνθεση: άλατα AML60, χωρίς P, όχι As, χωρίς γλυκόζη, χωρίς βιταμίνες. Ο Πίνακας S1 δείχνει παραδείγματα μετρήσεων ICPMS στοιχειακού φωσφόρου (~ 3 μΜ) και αρσενικού που έγιναν σε αυτή τη σύνθεση πριν από οποιεσδήποτε περαιτέρω προσθήκες. Στη συνέχεια, προσθέσαμε γλυκόζη και βιταμίνες και για τις τρεις θεραπείες και είτε Όσο για τις θεραπείες + As ή P για τις θεραπείες + P. Οι μετρήσεις P έγιναν στο μέσο μετά την προσθήκη σακχαρόζης και βιταμινών και μετά την προσθήκη As ήταν επίσης ~ 3 μΜ σε αυτήν την παρτίδα. Ως εκ τούτου, ήταν σαφές ότι οποιαδήποτε ακαθαρσία Ρ που μετρήθηκε (~ 3 μΜ, αυτό ήταν το υψηλό εύρος) ήρθε με τα κύρια άλατα και ότι όλα τα πειράματα περιέχουν πανομοιότυπο Ρ υπόβαθρο (συμπεριλαμβανομένου οποιουδήποτε Ρ που εισάγεται με το εμβόλιο καλλιέργειας).
Στην επιστημονική εργασία, παρουσιάζουμε δεδομένα από ένα πείραμα πολλών επαναληπτικών πειραμάτων που δεν καταδεικνύουν ανάπτυξη κυττάρων σε μέσα χωρίς προσθήκη αρσενικού ή φωσφορικού άλατος (Σχήμα 1). Αυτά τα δεδομένα καταδεικνύουν ξεκάθαρα ότι το στέλεχος GFAJ-1 δεν μπόρεσε να χρησιμοποιήσει το 3 μΜ Ρ για να υποστηρίξει περαιτέρω ανάπτυξη απουσία αρσενικού. Επιπλέον, η ενδοκυτταρική περιεκτικότητα Ρ που προσδιορίστηκε για τα κύτταρα που αναπτύχθηκαν + As / -P δεν ήταν αρκετή για να υποστηρίξει την πλήρη απαίτηση Ρ για κυτταρική λειτουργία.
Σημείωση για την καλλιέργεια: Όλα τα πειράματα ξεκίνησαν με εμβόλιο από παρατεταμένες συνθήκες + As / -P. Πριν από τα πειράματα, τα κύτταρα είχαν αναπτυχθεί μακροπρόθεσμα, για πολλές γενιές από μία αποικία που αναπτύχθηκε σε στερεά μέσα χωρίς προσθήκη φωσφορικού. Πριν από αυτό, αναπτύχθηκαν ως εμπλουτισμός για περισσότερες από 10 μεταφορές και πάντα σε νέο μέσο που ήταν + As / -P. Πιστεύουμε, επομένως, ότι δεν υπάρχει σημαντική μεταφορά του Ρ. Υποστηρίζουμε επίσης ότι δεν θα υπήρχε αρκετή κυτταρική Ρ για να υποστηρίξει επιπλέον ανάπτυξη με βάση μια εσωτερική ομάδα ανακύκλωσης του Ρ.
Ερώτηση: Υπάρχει κάτι άλλο που θα θέλατε να καταλάβει το κοινό για την έρευνά σας ή για την επιστημονική διαδικασία;
Απάντηση: Για όλους μας, ολόκληρη την ομάδα μας, αυτό ήταν σαν να ήταν αδιανόητο. Είμαστε μια ομάδα επιστημόνων που ενώθηκαν για να αντιμετωπίσουν ένα πραγματικά ενδιαφέρον πρόβλημα. Ο καθένας χρησιμοποίησε τα ταλέντα μας, από την τεχνική ικανότητα έως τη διανοητική συζήτηση, για να προσδιορίσουμε αντικειμενικά τι ακριβώς συνέβαινε στα πειράματά μας. Παραδεχθήκαμε ελεύθερα στην εφημερίδα και στον Τύπο ότι υπήρχε πολύ, πολύ περισσότερη δουλειά από εμάς και ολόκληρο πλήθος άλλων επιστημόνων. Η συνέντευξη τύπου περιλάμβανε ακόμη και έναν τεχνικό εμπειρογνώμονα, τον Δρ Steven Benner, ο οποίος εξέφρασε μερικές από τις ανησυχίες που απαντήσαμε παραπάνω. Μέρος του λόγου μας για να φέρουμε αυτό το έργο στην κοινότητα ήταν να κάνουμε τις πνευματικές και τεχνικές συνδέσεις για περισσότερες συνεργασίες για να απαντήσουμε σε πολλές από τις καθυστερημένες ερωτήσεις. Ήμασταν διαφανείς με τα δεδομένα μας και δείξαμε κάθε δεδομένο και ενδιαφέρον αποτέλεσμα. Τα συμπεράσματα της εφημερίδας μας βασίζονται σε αυτό που θεωρήσαμε ότι ήταν ο πιο ανόητος τρόπος να ερμηνεύσουμε μια σειρά πειραμάτων όπου κανένα πείραμα δεν θα μπορούσε να απαντήσει στο μεγάλο ερώτημα. «Θα μπορούσε ένα μικρόβιο να χρησιμοποιήσει αρσενικό αντί του φωσφόρου για να διατηρήσει την ανάπτυξή του;» Η καλύτερη επιστήμη ανοίγει νέες ερωτήσεις για εμάς ως κοινότητα και πυροδοτεί το ενδιαφέρον και τη φαντασία του κοινού. Ως επικοινωνιακοί και εκπρόσωποι της επιστήμης, πιστεύουμε ότι η υποστήριξη νέων ιδεών με δεδομένα είναι κρίσιμη, αλλά και για τη δημιουργία νέων ιδεών για να σκεφτούν οι άλλοι και να φέρουν τα ταλέντα τους.
Ανυπομονούμε να συνεργαστούμε με άλλους επιστήμονες, είτε άμεσα είτε καθιστώντας τα κύτταρα ελεύθερα διαθέσιμα και παρέχοντας δείγματα DNA σε κατάλληλους εμπειρογνώμονες για τις αναλύσεις τους, σε μια προσπάθεια να δώσουμε περισσότερες πληροφορίες για αυτό το ενδιαφέρον εύρημα.
βιβλιογραφικές αναφορές
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.-Μ. Χειροτεχνία, Bull. Soc. Τσιμ. Πρ. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Πηγή: Ο ιστότοπος της Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
