Bakslag fra arsenisk liv-papir som ble publisert 2. desember, pågår fortsatt. Noe av kritikken har handlet om vitenskapen, mens mye mer kritikk har handlet om dekningen av nyhetene og også hvordan NASA introduserte, eller "ertet" publikum med nyheter, ved å bruke ordene "astrobiologi" og "utenomjordisk liv" i deres kunngjøring av en kommende pressekonferanse. I dag, på American Geophysical Union-konferansen, diskuterte en av teamforskerne, Ron Oremland nedfallet fra nyhetsdekningen, og jeg vil gi en oversikt over det innen kort tid. Omtrent samtidig ga vitenskapsteamet ut en uttalelse og noen vanlige spørsmål om vitenskapsoppgaven. Nedenfor er uttalelsen og informasjonen som vitenskapsteamet ga.
Svar på spørsmål om vitenskapens artikkel, "En bakterie som kan vokse ved å bruke arsen i stedet for fosfor"
-Som 16. desember 2010-
En forskningsartikkel som ble publisert 2. desember 2010 av tidsskriftet Science, ga flere linjer med bevis som samlet antydet at en bakterie isolert fra Californias Mono Lake kan erstatte arsen i en liten prosentandel av fosforet sitt og opprettholde veksten.
Dette funnet var overraskende fordi seks elementer - karbon, oksygen, hydrogen, nitrogen, svovel og fosfor - utgjør de fleste av de organiske molekylene i levende materiale, inkludert nukleinsyrer, proteiner og lipider. Forskere som ikke er tilknyttet forskerteamet, har derfor stilt passende utfordrende spørsmål om forskningen.
Et sentralt formål med vitenskapelig publisering er å fremme vitenskap ved å presentere interessante data og foreslå testbare hypoteser. Forståelig nok har de mest overraskende funnene generert den mest intense responsen og kontrollen fra det vitenskapelige samfunnet. Svar etter offentliggjøring på original forskning og forsøk på å teste og gjenskape resultatene, spesielt i tilfeller av uventede funn, er en viktig mekanisme for å fremme vitenskapelig kunnskap.
Vitenskapsredaktører har nå mottatt en rekke tekniske kommentarer og brev som reagerer på artikkelen, "Et bakterie som kan vokse ved å bruke arsen i stedet for fosfor," av Felisa Wolfe-Simon og kollegene. Kommentarene og svarene vil gjennomgå en vurdering, og vi vil publisere dem i en fremtidig utgave av Science.
I mellomtiden, i et forsøk på å fremme offentlig forståelse av arbeidet, er forskningsartikkelen og en relatert nyhet blitt gjort fritt tilgjengelig for publikum via nettstedet Science for neste måned. Disse artiklene finner du online her:
Wolfe-Simon-teamet, som teoretiserte at kanskje noen bakterier kan være i stand til å bruke arsen eller tåle en viss substitusjon for fosfor i organiske molekyler, samlet mikrober fra arsenrik Mono Lake og deretter gradvis avvenne dem av fosfor og mate dem arsen i stedet. Teamet har rapportert at de tok skritt for å utelukke forurensning av fosfor. De konkluderte med at bevisene deres antydet at arsen hadde erstattet en liten prosentandel av fosforet i DNA-et.
Forskjellige typer bevis ble beskrevet av forfatterne, inkludert:
* Induktiv koblet plasmamasspektrometri.
Forfatterne rapporterte at disse resultatene avdekket at arsen var inne i bakterieceller, noe som antydet at det ikke bare var en forurensning som satt fast på utsiden av cellene;
* Radioaktiv merking av arsen.
Wolfe-Simons team sa at dette beviset tillot dem å oppdage det normalt giftige stoffet i protein-, lipid-, nukleinsyre- og metabolittsfraksjonene i cellene, noe som tyder på at det hadde blitt tatt i molekyler som danner hver fraksjon.
* Høyoppløselig sekundær ionemassespektrometri av DNAet etter at det hadde blitt separert fra bakteriene.
Forfatterne rapporterte at dette beviset antydet at det isolerte DNA fremdeles inneholdt arsen.
* Høyintensiv (synkrotron) røntgenanalyse.
Basert på dette, konkluderte forfatterne med at arsen i bakteriene så ut til å erstatte fosfater i DNA og andre molekyler.
Spørsmål om funnene har hatt en tendens til å fokusere på om bakteriene virkelig hadde innarbeidet arsen i DNAet og om mikroberne helt hadde sluttet å konsumere fosfor. Mens teamet foretrekker å ta opp spørsmål gjennom en fagfellevurdert prosess, har Felisa Wolfe-Simon og Ron Oremland gitt litt tilleggsinformasjon her som en offentlig tjeneste, og for å tydeliggjøre deres data og prosedyrer. Vitenskapen understreker at disse svarene ikke har vært fagfellevurdert; de tilbys på vegne av forfatterne bare som en offentlig informasjonstjeneste mens mer formell gjennomgang av svarene deres på kommentarer sendt til Science fortsetter.
Foreløpig spørsmål og svar
Spørsmål: Noen mennesker har stilt spørsmål ved om DNAet ble renset tilstrekkelig med teknikken din ved bruk av gelelektroforese for å skille det fra andre molekyler. Føler du at dette er en gyldig bekymring?
Svar:
Vår DNA-ekstraksjons- og renseprotokoll begynner med vaskede celler, pelletert fra media. Disse blir deretter utsatt for en standard DNA-ekstraksjonsprotokoll, som inkluderte flere fenolkloroformstrinn for å fjerne urenheter, inkludert ethvert ikke inkorporert arsenat (As). Etter dette ble DNA elektroforesert, ytterligere separert DNA fra urenheter. Eventuelt resterende fra media ville blitt fjernet ved å vaske cellene før ekstraksjon og ved å dele opp i den vandige fasen under de 3 fenol: kloroform-trinnene i ekstraksjonen. Hvis As ble inkorporert i en lipid eller protein, ville den ha delt seg i fenol, fenol: kloroform eller kloroform fraksjoner. I tillegg ble DNA ekstrahert på denne måten på andre prøver også med hell brukt i videre analyser, inkludert PCR, som krever sterkt renset DNA.
Arsenet målt av NanoSIMS i gelbåndet stemmer overens med våre andre målinger og en annen bevismengde.
Vårt radiomerkede 73AsO43-eksperiment viste at av den totale radiomerkingen assosiert med cellepelleten var 11,0% ± 0,1% assosiert med DNA / RNA-fraksjonen. Dette indikerte at vi kunne forvente noe arsenat av den totale bassenget som er assosiert med nukleinsyrene. For å tolke disse dataene, koblet vi vår tolkning med våre EXAFS-bevis som antydet at intracellulær arsen var As (V) bundet til C, og ikke var fri i løsning som et ion. Dette antyder at As is in, et organisk molekyl med bindingsavstander i samsvar med et kjemisk miljø som er analogt med fosfat (fig. 3A, S3 "bindingslengder" -tabell). For å støtte vår tolkning av de to tidligere nevnte analysene, brukte vi en tredje bevislinje fra NanoSIMS, en helt annen teknikk enn de to andre. Vi finner elementær arsen (målt ved NanoSIMS) assosiert med gelebåndet som er mer enn to ganger bakgrunnen i gelen. Basert på diskusjonen ovenfor, føler vi ikke at dette er en gyldig bekymring.
Spørsmål: Andre har hevdet at arsenatbundet DNA raskt skulle ha falt fra hverandre når de ble utsatt for vann. Kunne du adressert dette?
Svar:
Vi er ikke kjent med noen studier som tar for seg arsenat bundet i langkjedede polyestere eller nukleotiddi- eller triestere av arsenat, noe som vil være direkte relevant for vår studie. Publiserte studier har vist at enkle arsenestere har mye høyere hydrolysehastigheter enn fosfatestere (1-3). Eksperimentene publisert til dags dato har spesifikt sett på utveksling eller hydrolyse av alkyltriestere av arsenat [ekv. 1] og alkyldiestere av arsenitt [Ekv. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
hvor R = metyl, etyl, n-pentyl og isopropyl. Henvisning 2 demonstrerte at hydrolysehastighetene for disse enkle alkyltestere av arsenat avtok med økende karbonkjedelengde (kompleksitet) til alkylsubstituenten (metyl> etyl> n-pentyl> isopropyl). Det er ikke gjort noe arbeid med hydrolysehastighetene for arsenatbundne nukleotider eller andre biologisk relevante enheter.
Hvis den hydrolytiske frekvensutviklingen rapportert i Ref. 2 fortsetter med organisk større vekt, slik som de som finnes i biomolekyler. Det kan tenkes at arsenatbundne biopolymerer kan være mer motstandsdyktige mot hydrolyse enn tidligere antatt. De små modellforbindelsene som ble undersøkt i Refs. 1-3 er relativt fleksible og kan lett ta i bruk den ideelle geometrien for vann for å angripe arseno-esterbindingen. Arsenatestere av store biomolekyler vil imidlertid sannsynligvis være mer sterisk hindret, noe som fører til lavere hydrolysehastigheter.
Denne typen sterisk begrensning av reaksjonshastighet utgjør det brede spekter av hastigheter som er sett i oppførselen til noen fosfatkoblede nukleotider. I små ribozymer kan phododiester-koblingene på stedet for katalyse hydrolyseres i størrelsesorden titalls sekunder (med en kjemisk hastighet på 1 s-1). Denne hastighetsforbedring oppnås ved å orientere koblingen for angrep på nettet av en nukleofil (en tilstøtende 2'-hydroksylgruppe). Dessuten stemmer autodegraderingsmønstrene overens med spesifikk basesammensetning. På den annen side er hydrolysehastighetene for fosfodiesterbindinger i A-form duplexer av RNA mange størrelsesordener langsommere, fordi disse koblingene ikke lett får tilgang til geometrien som er nødvendig for hydrolyse.
Hastighetene i DNA kan være mye saktere enn modellforbindelser på grunn av de geometriske begrensningene som er pålagt ryggraden av helixen.
Kinetikken til hydrolyse av arsenatbundne biopolymerer er helt klart et område hvor mer forskning er berettiget.
Spørsmål: Er det mulig at salter i vekstmediene dine kunne ha gitt nok spor fosfor til å opprettholde bakteriene?
Svar:
Dataene og prøvemerkingen i tabell S1 har forårsaket en viss forvirring. For å klargjøre ble det for hvert eksperiment laget en enkelt mengde kunstig vann i Mono Lake med følgende formulering: AML60 salter, ingen P, ingen As, ingen glukose, ingen vitaminer. Tabell S1 viser eksempler på ICPMS-målinger av elementært fosfor (~ 3 uM) og arsenat gjort på denne formuleringen før eventuelle ytterligere tilsetninger. Så tilsatte vi glukose og vitaminer til alle tre behandlingene og enten Som for + As-behandlingene eller P for + P-behandlingene. P-målingene foretatt på mediet etter tilsetning av sukrose og vitaminer og etter tilsetning av As var også ~ 3 uM i denne sats. Derfor var det tydelig at enhver P-urenhet som ble målt (~ 3 uM, dette var det høye området) kom inn med de viktigste saltene, og at alle eksperimenter inneholder identisk P-bakgrunn (inkludert eventuelt P brakt inn med kulturinokula).
I Science-artikkelen viser vi data fra ett eksperiment av mange repliserte eksperimenter som ikke viser noen vekst av celler i medier uten tilsatt arsenat eller fosfat (figur 1). Disse dataene viser tydelig at stamme GFAJ-1 ikke var i stand til å bruke 3 uM P for å støtte videre vekst i fravær av arsenat. Videre var det intracellulære P-innholdet som ble bestemt for + As / -P-dyrkede celler ikke nok til å understøtte det fulle kravet til P for cellulær funksjon.
Merknad om dyrking: Alle eksperimenter ble initiert med inokler fra vedvarende + As / -P betingelser. Før eksperimentene hadde cellene blitt dyrket på lang sikt i flere generasjoner fra en enkelt koloni dyrket på faste medier uten tilsatt fosfat. Før dette ble de dyrket som en berikelse for mer enn 10 overføringer og alltid til nytt medium som var + As / -P. Vi føler derfor at det ikke er betydelig overføring av P. Vi hevder også at det ikke ville vært nok cellulær P til å støtte ytterligere vekst basert på et internt resirkuleringsbasseng av P.
Spørsmål: Er det noe annet du ønsker for publikum å forstå om forskningen din, eller om den vitenskapelige prosessen?
Svar: For oss alle, hele vårt team, hvordan dette var, var utenkelig. Vi er en gruppe forskere som kom sammen for å takle et virkelig interessant problem. Vi brukte hver vår talent, fra teknisk dyktighet til intellektuell diskusjon, for å objektivt bestemme hva som egentlig skjedde i eksperimentene våre. Vi innrømmet fritt i papiret og i pressen at det var mye, mye mer arbeid å gjøre av oss og en hel rekke andre forskere. Pressekonferansen inkluderte til og med en teknisk ekspert, Dr. Steven Benner, som ga uttrykk for noen av bekymringene vi reagerte på ovenfor. En del av grunnen til å bringe dette arbeidet til samfunnet var å lage de intellektuelle og tekniske forbindelsene for flere samarbeid for å svare på mange av de langvarige spørsmålene. Vi var gjennomsiktige med våre data og viste alle referanser og interessante resultater. Konklusjonene i vårt papir er basert på det vi følte var den mest mistenkelige måten å tolke en serie eksperimenter der ingen enkelt eksperiment ville være i stand til å svare på det store spørsmålet. "Kan en mikrobe bruke arsen i stedet for fosfor for å opprettholde veksten?" Den beste vitenskapen åpner for nye spørsmål for oss som fellesskap og vekker interessen og fantasien til allmennheten. Som kommunikatører og representant for vitenskapen, føler vi at støtte til nye ideer med data er kritisk, men også for å generere nye ideer for andre å tenke på og bringe talentene sine videre.
Vi ser frem til å samarbeide med andre forskere, enten direkte eller ved å gjøre cellene fritt tilgjengelige og gi DNA-prøver til passende eksperter for deres analyser, i et forsøk på å gi mer innsikt i dette spennende funnet.
referanser
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. Håndverk, Bull. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Kilde: Felisa Wolf-Simons nettsted, Iron Lisa
