2. detsembril ilmunud ajakirja "arseenielu" tagasilöök jätkub. Osa kriitikat on olnud seotud teadusega, samas kui palju rohkem on kritiseeritud uudiste kajastamisega ja ka sellega, kuidas NASA avalikkust uudistega tutvustas või “õrritas”, kasutades sõnades “astrobioloogia” ja “maaväline elu”. eelseisva pressikonverentsi teadaanne. Täna arutas üks Ameerika Ühendriikide geofüüsikalise liidu konverentsil üks meeskonna teadlasi Ron Oremland uudistesaadete seisu ja ma annan sellest varsti ülevaate. Umbes samal ajal avaldas teadusrühm avalduse ja mõned KKK-d teaduspaberi kohta. Allpool on see avaldus ja teave, mille teaduse meeskond esitas.
Vastus teadusartiklit käsitlevatele küsimustele: "Bakter, mis võib kasvada, kui fosfori asemel kasutatakse arseeni"
-Kuna 16. detsembril 2010-
Ajakirja Science 2. detsembril 2010 avaldatud uurimusartikkel esitas mitu tõendusmaterjali, viidates ühiselt, et California Mono järvest eraldatud bakter võib väikese protsendi fosforist asendada arseeniga ja säilitada selle kasvu.
See leid oli üllatav, sest kuus elementi - süsinik, hapnik, vesinik, lämmastik, väävel ja fosfor - moodustavad suurema osa elusolendis olevatest orgaanilistest molekulidest, sealhulgas nukleiinhapetest, valkudest ja lipiididest. Seetõttu on teadlastega mitteseotud teadlased esitanud uurimistöö kohta sobivaid väljakutseid pakkuvaid küsimusi.
Teadusliku avaldamise põhieesmärk on teaduse edendamine, esitades huvitavaid andmeid ja esitades kontrollitavaid hüpoteese. Mõistetavalt tekitavad kõige üllatavamad leiud teadusringkonnalt kõige intensiivsemat vastust ja kontrolli. Avaldamisjärgsed reageeringud algupärasele uurimistööle ning tulemuste katsetamise ja kordamise püüdlused, eriti ootamatute leidude korral, on oluline vahend teaduslike teadmiste edasiarendamiseks.
Teadustoimetajad on nüüd saanud mitmeid tehnilisi märkusi ja kirju, mis vastavad Felisa Wolfe-Simoni ja tema kolleegide artiklile "Bakter, mis võib kasvada, kasutades fosfori asemel arseeni", vastused. Kommentaarid ja vastused vaadatakse üle ning avaldame need Sciencei tulevases numbris.
Samal ajal on uurimistöö artikkel ja sellega seotud uudisteos avaldatud järgmise kuu jooksul teaduse veebisaidi kaudu avalikkusele vabalt kättesaadavaks, et edendada avalikkuse arusaamist teosest. Need artiklid leiate veebis siit:
Wolfe-Simoni meeskond teoreetiliselt tehes, et võib-olla võivad mõned bakterid kasutada arseeni või taluda orgaaniliste molekulide fosfori asendamist, kogusid arseenirikkast Mono järvest mikroobid ja võõrutasid neid järk-järgult fosforist, toites neile hoopis arseeni. Meeskond on teatanud, et nad on astunud samme fosforireostuse välistamiseks. Nad jõudsid järeldusele, et nende tõendite kohaselt oli arseen asendanud väikese osa fosforist nende DNA-s.
Autorid kirjeldasid mitmesuguseid tõendeid, sealhulgas:
* Induktiivselt ühendatud plasma massispektromeetria.
Autorid teatasid, et need tulemused näitasid, et bakterirakkudes oli arseeni, mis viitas sellele, et see ei olnud pelgalt rakkude välisküljele kleepuv saasteaine;
* Arseeni radioaktiivne märgistamine.
Wolfe-Simoni meeskond ütles, et need tõendid võimaldasid neil märgata rakkude valkude, lipiidide, nukleiinhapete ja metaboliitide fraktsioonides tavaliselt mürgist ainet, viidates sellele, et see on võetud iga fraktsiooni moodustavatesse molekulidesse.
* DNA eraldusvõime kõrge eraldusvõimega sekundaarses massispektromeetrias pärast selle eraldamist bakteritest.
Autorid teatasid, et need tõendid viitasid sellele, et eraldatud DNA sisaldas endiselt arseeni.
* Suure intensiivsusega (sünkrotroniline) röntgenanalüüs.
Selle tõendusmaterjali põhjal järeldasid autorid, et bakterite arseen asendas fosfaate DNA-s ja teistes molekulides.
Leiudega seotud küsimused on kaldunud keskenduma küsimusele, kas bakterid olid tõesti arseeni DNA-sse lisanud ja kas mikroobid olid fosfori tarbimise täielikult lõpetanud. Kui meeskond eelistab küsimuste lahendamist eelretsenseeritud protsessi kaudu, siis Felisa Wolfe-Simon ja Ron Oremland on siin avaliku teenusena andnud lisateavet ning oma andmete ja protseduuride täpsustamist. Teadus rõhutab, et neid vastuseid ei ole eelretsenseeritud; neid pakutakse autorite nimel ainult avaliku teabeteenusena, samal ajal kui nende vastuseid teadusele saadetud kommentaaridele ametlikumalt kontrollitakse.
Esialgsed küsimused ja vastused
Küsimus: Mõned inimesed on küsinud, kas teie tehnika abil puhastati DNA piisavalt geelelektroforeesi abil, et seda teistest molekulidest eraldada. Kas tunnete, et see on õigustatud mure?
Vastus:
Meie DNA ekstraheerimise ja puhastamise protokoll algab pestud rakkudest, mis on sadestatud söötmest. Seejärel viiakse nende suhtes läbi standardne DNA ekstraheerimise protokoll, mis sisaldas lisandite, sealhulgas mis tahes korpuseta arsenaadi (As) eemaldamiseks mitut fenoolkloroformi etappi. Pärast seda DNA elektroforeesiti, eraldades DNA veelgi lisanditest. Kõik söötme jäägid oleks eemaldatud, ekstraheerides rakke enne ekstraheerimist ja ekstraheerides 3 fenooli: kloroformi etapi vesifaasi. Kui As oleks lisatud lipiidi või valku, oleks see jagunenud fenooli, fenooli: kloroformi või kloroformi fraktsioonideks. Lisaks kasutati sel viisil teistest proovidest ekstraheeritud DNA-d edukalt ka edasistes analüüsides, sealhulgas PCR-is, mis nõuavad kõrgelt puhastatud DNA-d.
NanoSIMS-i abil geeniribas mõõdetud arseen on kooskõlas meie teiste mõõtmiste ja veel ühe tõendusmaterjaliga.
Meie radiomärgistatud 73AsO43-eksperiment näitas, et kogu rakupelletiga seotud radiomärgistusest oli 11,0% ± 0,1% seotud DNA / RNA fraktsiooniga. See näitas, et me peaksime ootama nukleiinhapetega seotud kogu basseinist mingit arsenaati. Nende andmete tõlgendamiseks ühendasime oma tõlgenduse meie EXAFS-i tõenditega, mis viitavad sellele, et rakusisene arseen oli As (V) seotud C-ga ega olnud lahuses ioonidena vaba. See viitab orgaanilises molekulis olevale orgaanilisele molekulile, mille sidemekaugused vastavad fosfaadile analoogse keemilise keskkonnaga (joonised 3A, S3 tabel "sideme pikkused"). Toetades veelgi eelneva mainitud kahe analüüsi tõlgendamist, kasutasime NanoSIMSi kolmandat tõendusmaterjali, mis on kahest erineva tehnikaga täiesti erinev. Leiame geeliribaga seotud elementaarse arseeni (mõõdetuna NanoSIMS-iga), mis on rohkem kui kaks korda suurem kui geeli taust. Ülaltoodud arutelu põhjal ei arva me, et see oleks õigustatud mure.
Küsimus: Teised on väitnud, et arsenaadiga seotud DNA oleks veega kokkupuutel pidanud kiiresti lagunema. Kas saaksite sellega pöörduda?
Vastus:
Me ei ole teadlikud ühestki uuringust, mis käsitleks pika ahelaga polüestritesse või arsenaadi nukleotiidide di- või triestritesse seotud arsenaati, mis oleksid otseselt seotud meie uuringuga. Avaldatud uuringud on näidanud, et lihtsate arseeni estrite hüdrolüüsikiirus on palju suurem kui fosfaatestrite (1–3). Tänaseks avaldatud katsetes on konkreetselt vaadeldud arsenaadi alküül-tri-estrite vahetust või hüdrolüüsi [Eqn. 1] ja arseeni alküüldiestrid [Eqn. 2]:
OAs (VÕI) 3 + H2O? OA (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H20? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
kus R = metüül, etüül, n-pentüül ja isopropüül. Viide 2 näitas, et nende lihtsate arsenaadi alküülestrite hüdrolüüsi kiirused vähenesid alküülasendaja (metüül> etüül> n-pentüül> isopropüül) süsinikuahela pikkuse (keerukuse) suurenemisega. Arsenaadiga seotud nukleotiidide või muude bioloogiliselt oluliste rühmade hüdrolüüsi kiiruse osas pole tööd tehtud.
Kui hüdrolüütilise kiiruse trend on esitatud viites. 2 jätkub suurema kaaluga orgaaniliste ainete, näiteks biomolekulides leiduvate orgaaniliste ühendite jaoks, on mõeldav, et arsenaadiga seotud biopolümeerid võivad olla hüdrolüüsi suhtes vastupidavamad kui seni arvati. Rets. 1-3 on suhteliselt elastsed ja hõlpsasti sobivad ideaalseks vee geomeetriaks arsenoestri sideme ründamiseks. Suurte biomolekulide arsenaatestrid on aga tõenäoliselt rohkem steeriliselt takistatud, mis põhjustab aeglasemat hüdrolüüsi.
Seda tüüpi reaktsioonikiiruse steeriline kitsendus hõlmab laias vahemikus kiirusi, mida võib täheldada mõne fosfaadiga seotud nukleotiidi käitumises. Väikestes ribosüümides saab katalüsatsioonikohas paiknevaid fosfodiestersidemeid hüdrolüüsida kümnete sekundite kaupa (keemilise kiirusega 1 s-1). See kiiruse suurendamine saavutatakse, suunates sideme nukleofiili (külgneva 2'-hüdroksüülrühma) rea rünnakule. Lisaks on autodegradatsiooni mustrid kooskõlas konkreetse aluse koostisega. Teisest küljest on RNA A-kujulistes dupleksides fosfodiestersidemete hüdrolüüsi kiirused palju suurusjärke aeglasemad, kuna need sidemed ei pääse hüdrolüüsiks vajalikule geomeetriale hõlpsalt juurde.
DNA kiirused võivad olla palju aeglasemad kui mudelühenditel, kuna spiraal on selgroole seadnud geomeetrilisi piiranguid.
Arsenaadiga seotud biopolümeeride hüdrolüüsi kineetika on selgelt valdkond, kus on vaja rohkem uurida.
Küsimus: kas on võimalik, et soolad teie kasvukeskkonnas võisid sisaldada piisavalt fosfori jälgi, et baktereid säilitada?
Vastus:
Tabelis S1 esitatud andmete ja proovide märgistamine on tekitanud teatavat segadust. Selgitamaks, iga katse jaoks valmistati üks portsjon kunstlikku Mono järve vett järgmise koostisega: AML60 soolad, ei P, ei As, ei glükoos, ei vitamiinid. Tabelis S1 on toodud näited selle preparaadi elementaarse fosfori (~ 3 uM) ja arsenaadi ICPMS mõõtmistest enne edasisi lisandusi. Seejärel lisasime kõigi kolme ravi jaoks glükoosi ja vitamiine ning kas raviks As + + või P raviks + P. P-mõõtmised, mis tehti söötmel pärast sahharoosi ja vitamiinide lisamist ning pärast As-i lisamist, olid selles partiis samuti ~ 3 uM. Seetõttu oli selge, et mis tahes mõõdetud P-lisand (~ 3 uM, see oli kõrge vahemik) saadi peamiste sooladega ja et kõik katsed sisaldasid identset P-tausta (kaasa arvatud mis tahes P, mis oli kaasas kultuuri inokulaadiga).
Teadusalases dokumendis näitame paljude korduvate katsete andmeid, mis ei näidanud rakkude kasvu söötmes, millele pole lisatud arsenaati ega fosfaati (joonis 1). Need andmed näitavad selgelt, et tüvi GFAJ-1 ei suutnud 3 uM P kasutada edasise kasvu toetamiseks arsenaadi puudumisel. Lisaks ei olnud + As / -P-ga kasvatatud rakkude jaoks määratud rakusisene P-sisaldus piisav, et toetada raku funktsioneerimise täielikku P-i nõuet.
Märkus kultiveerimise kohta: Kõik katsed algatati inokulaadiga püsivast + As / -P tingimusest. Enne katseid oli rakke pikka aega kasvatatud mitme põlvkonna vältel ühest kolooniast, mida kasvatati tahkel söötmel, millele ei olnud lisatud fosfaati. Enne seda kasvatati neid rikastajana enam kui 10 siirdamiseks ja alati uude söötmesse, milleks oli + As / -P. Seetõttu arvame, et P-d ei ole märkimisväärselt üle kantud. Samuti väidame, et P-sisese ringlussevõtu kogumil põhineva täiendava kasvu toetamiseks poleks olnud piisavalt P-rakku.
Küsimus: kas on veel midagi, mida soovite avalikkusele teie uurimistöö või teadusliku protsessi kohta mõista?
Vastus: Meile kõigile, kogu meie meeskonnale oli see kujuteldamatu. Oleme teadlaste rühm, kes tuli kokku tõeliselt huvitava probleemiga tegelemiseks. Me kasutasime igaüks oma andeid, alates tehnilisest võimekusest kuni intellektuaalse aruteluni, et objektiivselt kindlaks teha, mis meie katsetes täpselt toimus. Tunnistasime vabalt ajalehes ja ajakirjanduses, et meie ja terve hulga teiste teadlaste ees oli palju, palju veel tööd. Pressikonverentsil osales isegi tehniline ekspert dr Steven Benner, kes väljendas mõnda muret, millele me eespool reageerisime. Üks osa selle töö kogukonda toomise põhjusest oli intellektuaalsete ja tehniliste ühenduste loomine suurema koostöö jaoks, et vastata paljudele püsivatele küsimustele. Olime oma andmetega läbipaistvad ja näitasime iga nullpunkti ja huvitavat tulemust. Meie paberi järeldused põhinevad sellel, mis oli meie arvates kõige julgem viis katsete sarja tõlgendamiseks, kus ükski katse ei suudaks suurele küsimusele vastata. "Kas mikroob võiks fosfori asemel kasutada arseeni, et selle kasvu säilitada?" Parim teadus avab meile kui kogukonnale uusi küsimusi ja õhutab üldsuse huvi ja kujutlusvõimet. Suhtlejate ja teaduse esindajana leiame, et uute ideede toetamine andmetega on kriitilise tähtsusega, aga ka selleks, et genereerida uusi ideid teiste jaoks mõtlemiseks ja oma annete kandmiseks.
Ootame koostööd teiste teadlastega kas otse või muutes rakud vabalt kättesaadavaks ja varustades nende analüüsimiseks sobivatele ekspertidele DNA-proovid, et saada sellest intrigeerivast leiust rohkem ülevaade.
Viited
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. Käsitöö, härg. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Allikas: Felisa Wolf-Simoni veebisait, Raudne Lisa
