Връзката от документа на „арсеновия живот“, публикуван на 2 декември, все още продължава. Част от критиките бяха свързани с науката, докато много повече критики бяха свързани с отразяването на новините, а също и от това, как НАСА въведе или „дразни“ обществеността с новини, използвайки думите „астробиология“ и „извънземен живот“ в своите обявяване на предстояща пресконференция. Днес по време на конференцията на Американския геофизичен съюз, един от учените от екипа, Рон Оремланд обсъди срива от отразяването на новините и скоро ще го прегледам. Приблизително в същото време научният екип пусна изявление и някои често задавани въпроси за научната работа. По-долу е това изявление и информацията, предоставена от научния екип.
Отговор на въпроси, отнасящи се до научната статия, „Бактерия, която може да нарасне с помощта на арсен вместо фосфор“
-Съгласно 16 декември 2010 г.-
Изследователска статия, публикувана на 2 декември 2010 г. от списанието Science, предостави няколко доказателства, като колективно предполага, че бактерията, изолирана от калифорнийското Моно езеро, може да замести арсена за малък процент от фосфора и да поддържа растежа му.
Тази констатация беше изненадваща, тъй като шест елемента - въглерод, кислород, водород, азот, сяра и фосфор - съставляват повечето органични молекули в живата материя, включително нуклеинови киселини, протеини и липиди. Следователно учени, които не са свързани с изследователския екип, са задавали подходящо предизвикателни въпроси за изследването.
Основна цел на научната публикация е да се развие науката чрез представяне на интересни данни и предлагане на тестируеми хипотези. Разбираемо, най-изненадващите открития са склонни да генерират най-интензивен отговор и контрол от научната общност. Отговорите след публикуване на оригинални изследвания и усилията за тестване и възпроизвеждане на резултатите, особено в случаите на неочаквани открития, са основен механизъм за усъвършенстване на научните знания.
Сега научните редактори са получили редица технически коментари и писма в отговор на статията „Бактерия, която може да расте с помощта на арсен вместо фосфор“ от Фелиса Улф-Саймън и колегите му. Коментарите и отговорите ще бъдат подложени на преглед и ние ще ги публикуваме в бъдещ брой на Science.
Междувременно, в стремежа си да насърчи общественото разбиране на работата, изследователската статия и свързаната с нея новина бяха публикувани свободно през интернет през следващия месец. Тези статии можете да намерите онлайн тук:
Екипът на Улф-Симон, теоретизирайки, че може би някои бактерии могат да използват арсен или да понасят някакво заместване на фосфор в органичните молекули, събират микроби от богатото на арсен Моно езеро и след това постепенно ги отбиват от фосфор, като ги хранят вместо арсен. Екипът съобщи, че са предприели стъпки, за да изключат всякакво замърсяване с фосфор. Те заключават, че техните доказателства предполагат, че арсенът е заместил малък процент от фосфора в тяхната ДНК.
Авторите са описани различни видове доказателства, включително:
* Индуктивно свързана спектрометрия на плазмената маса.
Авторите съобщават, че тези резултати разкриват, че арсенът е в бактериални клетки, което предполага, че той не е просто замърсител, залепен във външната част на клетките;
* Радиоактивно етикетиране на арсен.
Екипът на Улф-Саймън каза, че това доказателство им позволява да открият нормално токсичното вещество в протеиновите, липидните, нуклеиновите киселини и метаболитните фракции на клетките, предполагайки, че те са били взети в молекули, образуващи всяка фракция.
* Масова спектрометрия на ДНК с висока разделителна способност на ДНК след отделянето й от бактериите.
Авторите съобщават, че тези доказателства предполагат, че изолираната ДНК все още съдържа арсен.
* Рентгенов анализ с висока интензивност (синхротрон).
Въз основа на тези доказателства авторите стигат до заключението, че арсенът в бактериите изглежда замества фосфатите в ДНК и други молекули.
Въпросите за откритията са съсредоточени върху това дали бактериите наистина са включили арсен в ДНК и дали микробите напълно са спрели да консумират фосфор. Докато екипът предпочита да адресира въпроси чрез проверка от партньорска проверка, Фелиса Улф-Саймън и Рон Оремланд са предоставили тук допълнителна информация като обществена услуга и да изяснят своите данни и процедури. Науката подчертава, че тези отговори не са били подложени на проверка; те се предоставят от името на авторите само като обществена информационна услуга, докато продължава по-официалният преглед на отговорите им на коментари, изпратени до Science.
Предварителни въпроси и отговори
Въпрос: Някои хора се съмняват дали ДНК е била достатъчно почистена от вашата техника с помощта на гел електрофореза, за да я отдели от другите молекули. Смятате ли, че това е валидно притеснение?
Отговор:
Нашият протокол за извличане и пречистване на ДНК започва с измити клетки, гранулирани от среда. След това те се подлагат на стандартен протокол за извличане на ДНК, който включва множество етапи на фенол хлороформ за отстраняване на примеси, включително неинкорпориран арсенат (As). След това ДНК се подлага на електрофореза, което допълнително отделя ДНК от примесите. Всякакви остатъчни вещества от средата биха били отстранени чрез промиване на клетките преди екстракцията и чрез разделяне във водната фаза по време на 3 етапа фенол: хлороформ при екстракцията. Ако As беше включен в липид или протеин, той би се разделил на фенол, фенол: хлороформ или хлороформни фракции. Освен това, ДНК, извлечена по този начин върху други проби, също успешно се използва при допълнителни анализи, включително PCR, които изискват високо пречистена ДНК.
Арсенът, измерен от NanoSIMS в лентата с гел, е в съответствие с другите ни измервания и друга доказателствена линия.
Нашият радиоактивно белязан 73AsO43- експеримент показа, че общата радиомаркировка, свързана с клетъчната пелета, 11,0% ± 0,1% е свързана с ДНК / РНК фракцията. Това показва, че трябва да очакваме някакъв арсенат от общия пул, свързан с нуклеиновите киселини. За да интерпретираме тези данни, ние съчетахме нашата интерпретация с нашите EXAFS доказателства, които предполагат, че вътреклетъчният арсен е As (V) свързан със С и не е свободен в разтвор като йон. Това предполага, че както е в, органична молекула с разстояния на връзка, съответстваща на химическа среда, аналогична на фосфат (фиг. 3А, таблица „дължини на връзката“ S3). Допълнително подкрепяйки нашата интерпретация на предишните споменати два анализа, ние използвахме трети ред доказателства от NanoSIMS, напълно различна техника от другите два. Откриваме елементарен арсен (измерен чрез NanoSIMS), свързан с лентата на гела, която е повече от два пъти фона в гела. Въз основа на горната дискусия не смятаме, че това е валидно притеснение.
Въпрос: Други твърдят, че свързаната с арсенатите ДНК трябва бързо да се разпадне, когато е изложена на вода. Бихте ли могли да се обърнете към това?
Отговор:
Не сме запознати с никакви проучвания, които да се занимават с арсенат, свързан в дълговерижни полиестери или нуклеотидни ди- или триестерни арсенати, които биха били пряко свързани с нашето изследване. Публикувани проучвания показват, че прости арсенови естери имат много по-висока степен на хидролиза от фосфатните естери (1-3). Експериментите, публикувани досега, разглеждаха специално обмяната или хидролизата на алкилови триестери на арсенат [уравнение. 1] и алкилови диестери на арсенит [уравнение. 2]:
OAs (ИЛИ) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
където R = метил, етил, п-пентил и изопропил. Референция 2 показа, че степента на хидролиза на тези прости алкилни тристери на арсенат намалява с увеличаване на дължината (сложността) на въглеродните вериги (метил> етил> п-пентил> изопропил). Не е направена работа по степента на хидролиза на свързани с арсенатите нуклеотиди или други биологично значими части.
Ако тенденцията на скоростта на хидролитичните отчети е посочена в Реф. 2 продължава към организма с по-голямо тегло, като тези, открити в биомолекулите, може да се предположи, че свързаните с арсенатите биополимери могат да бъдат по-устойчиви на хидролиза, отколкото се смяташе досега. Малките моделни съединения, изследвани в реф. 1-3 са сравнително гъвкави и лесно могат да възприемат идеалната геометрия на водата за атака на арсено-естерната връзка. Арсенатните естери на големи биомолекули обаче вероятно ще бъдат по-стерилно затруднени, което води до по-бавни скорости на хидролиза.
Този тип стерилно ограничение на скоростта на реакция обяснява широкия диапазон от скорости, наблюдавани в поведението на някои фосфатно свързани нуклеотиди. При малки рибозими фофодиестерните връзки на мястото на катализа могат да бъдат хидролизирани от порядъка на десетки секунди (с химическа скорост 1 s-1). Това повишаване на скоростта се постига чрез ориентиране на връзката за вътрешна атака от нуклеофил (съседна 2 'хидроксилна група). Нещо повече, моделите на автодеградация съответстват на специфичния основен състав. От друга страна, скоростите на хидролиза на фосфодиестерните връзки в А дуплекси на РНК са много по-бавни, тъй като тези връзки не могат лесно да получат геометрията, необходима за хидролизата.
Скоростите в ДНК може да са много по-бавни от моделните съединения поради геометричните ограничения, наложени на гръбнака от спиралата.
Кинетиката на хидролизата на свързани с арсенатите биополимери очевидно е област, в която са оправдани повече изследвания.
Въпрос: Възможно ли е солите във вашата среда за растеж да са осигурили достатъчно фосфор в следите, за да поддържат бактериите?
Отговор:
Данните и етикетирането на проби в таблица S1 предизвикаха известно объркване. За да се изясни, за всеки експеримент е направена една партида изкуствена вода от езерото Mono със следния състав: AML60 соли, без P, не As, без глюкоза, без витамини. Таблица S1 показва примери за ICPMS измервания на елементарен фосфор (~ 3 цМ) и арсенат, направени върху тази формулировка преди всякакви допълнителни добавки. След това добавихме глюкоза и витамини за трите лечения и както за леченията + като лекарство, така и P за леченията + P. P измерванията, направени върху средата след добавяне на захароза и витамини и след добавянето на As, също бяха ~ 3 цМ в тази партида. Следователно, беше ясно, че всяко Р примеси, което е измерено (~ 3 цМ, това е високият диапазон), влиза с основните соли и че всички експерименти съдържат идентичен P фон (включително всеки Р, въведен с културалната инокула).
В научния документ показваме данни от един експеримент на много повторени експерименти, който не показва растеж на клетки в среда без добавен арсенат или фосфат (Фигура 1). Тези данни ясно показват, че щам GFAJ-1 не е в състояние да използва 3 цМ Р за подпомагане на по-нататъшния растеж в отсъствие на арсенат. Освен това съдържанието на вътреклетъчното Р, определено за клетките, отглеждани с + As / -P, не беше достатъчно, за да поддържа пълното изискване на Р за клетъчна функция.
Забележка за култивиране: Всички експерименти бяха инициирани с инокула от поддържани + As / -P условия. Преди експериментите клетките са били отглеждани дългосрочно в продължение на няколко поколения от една колония, отглеждана в твърда среда без добавен фосфат. Преди това те се отглеждаха като обогатяване за повече от 10 трансфера и винаги в нова среда, която беше + As / -P. Ето защо смятаме, че няма значително пренасяне на P. Ние също твърдим, че не би имало достатъчно клетъчен P, който да поддържа допълнителен растеж въз основа на вътрешен пул за рециклиране на P.
Въпрос: Има ли нещо друго, което бихте искали да разбере обществеността за вашите изследвания или за научния процес?
Отговор: За всички нас, целия ни екип, това, което беше това, беше невъобразимо. Ние сме група учени, които се събраха, за да се справят с наистина интересен проблем. Всеки използвахме своите таланти - от техническа доблест до интелектуална дискусия, за да определим обективно какво точно се случва в нашите експерименти. Ние свободно признахме във вестника и в печата, че има много, много повече работа за нас и цял куп други учени. Пресконференцията дори включваше технически експерт д-р Стивън Бенер, който изрази някои от опасенията, на които отговорихме по-горе. Част от причината ни да донесем тази работа към общността беше да направим интелектуалните и техническите връзки за повече сътрудничество, за да отговорим на много от оставащи въпроси. Бяхме прозрачни с нашите данни и показахме всяка дата и интересен резултат. Заключенията на нашия документ се основават на това, което смятаме, че е най-примамливият начин да интерпретираме поредица от експерименти, при които нито един експеримент не би могъл да отговори на големия въпрос. „Може ли микроб да използва арсен вместо фосфор, за да поддържа растежа си?“ Най-добрата наука отваря нови въпроси за нас като общност и разпалва интереса и въображението на широката общественост. Като комуникатори и представители на науката смятаме, че подкрепата на нови идеи с данни е от решаващо значение, но също така и за генериране на нови идеи, за да могат другите да се замислят и да донесат своя талант.
Очакваме с нетърпение да работим с други учени, директно или като направим клетките свободно достъпни и предоставяме ДНК проби на подходящи експерти за техните анализи, в опит да дадем повече представа за тази интригуваща находка.
Препратки
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. Занаяти, бик. Soc. Хим. Фр 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Източник: Уебсайтът на Фелиса Волф-Симон, Желязната Лиза
