Обратная реакция от газеты «Мышьяковая жизнь», которая была опубликована 2 декабря, все еще продолжается. Некоторая критика касалась науки, в то время как гораздо больше критики касалось освещения новостей, а также того, как НАСА представило или «дразнило» публику новостями, используя в своих словах слова «астробиология» и «внеземная жизнь». анонс предстоящей пресс-конференции. Сегодня на конференции Американского геофизического союза Рон Оремланд (Ron Oremland), один из ученых группы, обсудил последствия выпусков новостей, и я представлю обзор этого в ближайшее время. Примерно в то же время научная группа выпустила заявление и некоторые часто задаваемые вопросы о научной статье. Ниже приводится это заявление и информация, предоставленная научной группой.
Ответ на вопросы, касающиеся научной статьи «Бактерия, которая может расти при использовании мышьяка вместо фосфора»
-С 16 декабря 2010 года
Исследовательская статья, опубликованная 2 декабря 2010 г. журналом Science, предоставила несколько доказательств, в которых в совокупности указывается, что бактерия, выделенная из калифорнийского озера Моно, может заменить мышьяк небольшим процентом фосфора и поддерживать его рост.
Это открытие было удивительным, потому что шесть элементов - углерод, кислород, водород, азот, сера и фосфор - составляют большинство органических молекул в живом веществе, включая нуклеиновые кислоты, белки и липиды. Поэтому ученые, не связанные с исследовательской группой, задавали достаточно сложные вопросы об исследовании.
Основная цель научных публикаций - продвигать науку, представляя интересные данные и предлагая проверяемые гипотезы. Понятно, что самые неожиданные находки имеют тенденцию вызывать самые интенсивные отклики и исследования со стороны научного сообщества. Ответы после публикации на оригинальные исследования, а также попытки проверить и воспроизвести результаты, особенно в случаях неожиданных результатов, являются важным механизмом развития научных знаний.
Научные редакторы получили ряд технических комментариев и писем в ответ на статью Фелисы Вулф-Саймон с коллегами «Бактерия, которая может расти при использовании мышьяка вместо фосфора». Комментарии и ответы будут рассмотрены, и мы опубликуем их в будущем номере журнала Science.
Между тем, в целях содействия общественному пониманию работы, исследовательская статья и соответствующая новостная статья были свободно доступны для общественности через веб-сайт Science в течение следующего месяца. Эти статьи можно найти в Интернете здесь:
Команда Вулф-Саймона, теоретизируя, что, возможно, некоторые бактерии могут использовать мышьяк или переносить замещение фосфора в органических молекулах, собирали микробы из богатого мышьяком озера Моно и затем постепенно отучали их от фосфора, вместо этого питаясь мышьяком. Команда сообщила, что они предприняли шаги, чтобы исключить любое загрязнение фосфором. Они пришли к выводу, что их доказательства предполагают, что мышьяк заменил небольшой процент фосфора в их ДНК.
Различные типы доказательств были описаны авторами, в том числе:
* Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.
Авторы сообщили, что эти результаты показали, что мышьяк был внутри бактериальных клеток, предполагая, что это был не просто загрязнитель, прилипший к внешней поверхности клеток;
* Радиоактивная маркировка мышьяка.
Команда Вулфа-Саймона заявила, что это свидетельство позволило им обнаружить обычно токсичное вещество в белковых, липидных, нуклеиновых кислотах и метаболитных фракциях клеток, предполагая, что оно было включено в молекулы, образующие каждую фракцию.
* Вторичная ионная масс-спектрометрия высокого разрешения ДНК после ее отделения от бактерий.
Авторы сообщили, что это свидетельство предполагает, что изолированная ДНК все еще содержит мышьяк.
* Высокоинтенсивный (синхротронный) рентгенография.
На основании этих данных авторы пришли к выводу, что мышьяк в бактериях, по-видимому, замещает фосфаты в ДНК и других молекулах.
Вопросы о результатах, как правило, были сосредоточены на том, действительно ли бактерии действительно включили мышьяк в ДНК и полностью ли бактерии прекратили потребление фосфора. В то время как команда предпочитает отвечать на вопросы в рамках рецензируемого процесса, Фелиса Вулф-Саймон и Рон Оремланд предоставили здесь дополнительную информацию в качестве государственной службы и прояснили свои данные и процедуры. Наука подчеркивает, что эти ответы не были рецензированы; они предоставляются от имени авторов только в качестве общедоступной информационной службы, в то время как более официальное рассмотрение их ответов на комментарии, направляемые в Science, продолжается.
Предварительные вопросы и ответы
Вопрос: Некоторые люди задаются вопросом, была ли ДНК достаточно очищена по вашей методике с использованием гель-электрофореза, чтобы отделить ее от других молекул. Считаете ли вы, что это действительная проблема?
Ответ:
Наш протокол выделения и очистки ДНК начинается с отмытых клеток, гранулированных из среды. Затем они подвергаются стандартному протоколу экстракции ДНК, который включает несколько стадий фенол-хлороформа для удаления примесей, включая любой неинкорпорированный арсенат (As). После этого ДНК подвергали электрофорезу, дополнительно отделяя ДНК от примесей. Любой остаточный As из среды должен был быть удален путем промывания клеток перед экстракцией и путем разделения на водную фазу во время стадий 3 фенол: хлороформ в экстракции. Если бы As был включен в липид или белок, он бы распался на фракции фенол, фенол: хлороформ или хлороформ. Кроме того, ДНК, выделенная таким образом на других образцах, также была успешно использована в дальнейших анализах, включая ПЦР, которые требуют высокоочищенной ДНК.
Мышьяк, измеренный NanoSIMS в гелевой полосе, согласуется с другими нашими измерениями и другим доказательством.
Наш эксперимент с радиоактивной меткой 73AsO43- показал, что из общей радиоактивной метки, связанной с клеточным осадком, 11,0% ± 0,1% было связано с фракцией ДНК / РНК. Это указывало на то, что следует ожидать некоторого арсената от общего пула, связанного с нуклеиновыми кислотами. Чтобы интерпретировать эти данные, мы объединили нашу интерпретацию с нашими свидетельствами EXAFS, предполагающими, что внутриклеточный мышьяк был связан As (V) с C, и не был свободен в растворе как ион. Это говорит о том, что органическая молекула с расстояниями связи соответствует химическому окружению, аналогичному фосфату (рис. 3А, таблица «длины связей» S3). Далее, поддерживая нашу интерпретацию предыдущих упомянутых двух анализов, мы использовали третью линию доказательств от NanoSIMS, совершенно отличную от двух других техник. Мы находим элементный мышьяк (по данным NanoSIMS), связанный с полосой геля, которая в два раза превышает фон в геле. Исходя из вышеизложенного, мы не считаем это серьезной проблемой.
Вопрос: Другие утверждают, что связанная с арсенатом ДНК должна быстро распадаться при воздействии воды. Не могли бы вы решить это?
Ответ:
Нам неизвестно о каких-либо исследованиях, касающихся арсената, связанного в полиэфирах с длинной цепью, или нуклеотидных ди- или триэфиров арсената, которые могли бы иметь непосредственное отношение к нашему исследованию. Опубликованные исследования показали, что простые эфиры мышьяка имеют гораздо более высокие скорости гидролиза, чем сложные эфиры фосфата (1-3). Эксперименты, опубликованные до настоящего времени, специально рассматривали обмен или гидролиз алкилтриэфиров арсената [Ур. 1] и алкиловые диэфиры арсенита [уравн. 2]:
ОА (ИЛИ) 3 + Н2О? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
где R = метил, этил, н-пентил и изопропил. Ссылка 2 продемонстрировала, что скорости гидролиза для этих простых алкиловых триэфиров арсената снижались с увеличением длины углеродной цепи (сложности) алкильного заместителя (метил> этил> н-пентил> изопропил). Не было проведено никаких работ по скорости гидролиза арсенат-связанных нуклеотидов или других биологически значимых фрагментов.
Если тенденция гидролитической скорости сообщается в работе. 2 продолжает использовать органические вещества большей массы, такие как биомолекулы, возможно, что связанные с арсенатом биополимеры могут быть более устойчивыми к гидролизу, чем считалось ранее. Малые модельные соединения, исследованные в работах [1]. 1-3 относительно гибки и могут легко принять идеальную геометрию для воды, чтобы напасть на связь арсеноэфира. Однако сложные арсенатные эфиры больших биомолекул, вероятно, будут более стерически затруднены, что приведет к снижению скорости гидролиза.
Этот тип стерического ограничения скорости реакции объясняет широкий диапазон скоростей, наблюдаемых в поведении некоторых фосфат-связанных нуклеотидов. В небольших рибозимах фосфодиэфирные связи в месте катализа могут гидролизоваться порядка десятков секунд (с химической скоростью 1 с-1). Это усиление скорости достигается путем ориентации связи для поточной атаки нуклеофила (смежной 2'-гидроксильной группы). Более того, схемы авторазложения согласуются с конкретным базовым составом. С другой стороны, скорости гидролиза для фосфодиэфирных связей в A-дуплексах РНК на много порядков медленнее, потому что эти связи не могут легко получить доступ к геометрии, необходимой для гидролиза.
Скорости в ДНК могут быть намного медленнее, чем в модельных соединениях из-за геометрических ограничений, налагаемых на позвоночник спиралью.
Кинетика гидролиза арсенат-связанных биополимеров, безусловно, является областью, где необходимы дополнительные исследования.
Вопрос: Возможно ли, что соли в вашей ростовой среде могли обеспечить достаточное количество микроэлемента фосфора для поддержания бактерий?
Ответ:
Маркировка данных и образцов в таблице S1 привела к некоторой путанице. Чтобы уточнить, для каждого эксперимента была сделана одна партия искусственной воды Mono Lake со следующей формулой: соли AML60, без P, без As, без глюкозы, без витаминов. В таблице S1 приведены примеры измерений ICPMS элементного фосфора (~ 3 мкМ) и арсената, сделанного на этой композиции перед любыми дальнейшими добавлениями. Затем мы добавили глюкозу и витамины для всех трех процедур и либо для лечения + As, либо P для лечения + P. Измерения P, сделанные на среде после добавления сахарозы и витаминов и после добавления As, также составляли ~ 3 мкМ в этой партии. Следовательно, было ясно, что любая измеренная примесь P (~ 3 мкМ, это был высокий диапазон) поступала с основными солями, и что все эксперименты содержат одинаковый фон P (включая любой P, введенный с посевом культуры).
В научной статье мы показываем данные одного эксперимента из множества реплицированных экспериментов, который демонстрирует отсутствие роста клеток в среде без добавления арсената или фосфата (рис. 1). Эти данные ясно демонстрируют, что штамм GFAJ-1 был неспособен использовать 3 мкМ P для поддержки дальнейшего роста в отсутствие арсената. Кроме того, внутриклеточное содержание Р, определенное для клеток, выращенных + As / -P, было недостаточным, чтобы поддержать полное требование Р для клеточной функции.
Примечание по культивированию: все эксперименты были начаты с инокулятом из устойчивых условий + As / -P. Перед экспериментами клетки выращивали в течение длительного времени в течение нескольких поколений из одной колонии, выращенной на твердой среде без добавления фосфата. До этого они выращивались как обогащение для более чем 10 переносов и всегда в новую среду, которая была + As / -P. Поэтому мы считаем, что не происходит значительного переноса P. Мы также утверждаем, что не было бы достаточного количества клеточного P, чтобы поддерживать дополнительный рост на основе внутренней рециркуляции пула P.
Вопрос: Есть ли что-то еще, что вы хотели бы, чтобы публика поняла о ваших исследованиях или о научном процессе?
Ответ: Для всех нас, всей нашей команды это было невообразимо. Мы группа ученых, которые собрались вместе, чтобы заняться действительно интересной проблемой. Каждый из нас использовал свои таланты, от технического мастерства до интеллектуальных дискуссий, чтобы объективно определить, что именно происходило в наших экспериментах. Мы свободно признавали в газете и прессе, что нам и многим другим ученым предстоит сделать гораздо больше. На пресс-конференции даже присутствовал технический эксперт, доктор Стивен Беннер, который озвучил некоторые из проблем, на которые мы ответили выше. Одна из причин, по которой мы представили эту работу сообществу, заключалась в том, чтобы создать интеллектуальные и технические связи для большего сотрудничества, чтобы ответить на многие давние вопросы. Мы были прозрачны с нашими данными и показали все данные и интересные результаты. Выводы нашей статьи основаны на том, что мы считали самым экономным способом интерпретации серии экспериментов, в которых ни один эксперимент не смог бы ответить на большой вопрос. «Может ли микроб использовать мышьяк вместо фосфора для поддержания роста?» Лучшая наука открывает новые вопросы для нас как сообщества и вызывает интерес и воображение широкой общественности. Как коммуникаторы и представители науки, мы считаем, что поддержка новых идей с помощью данных имеет решающее значение, но также и для генерации новых идей для других, чтобы они могли обдумать и использовать свои таланты.
Мы рассчитываем на сотрудничество с другими учеными, либо напрямую, либо предоставляя клетки в свободный доступ и предоставляя образцы ДНК соответствующим экспертам для их анализов, чтобы лучше понять эту интригующую находку.
Ссылки
1. Т. Г. Ричмонд, Дж. Р. Джонсон, Дж. О. Эдвардс, П. Х. Ригер, Aust. J. Chem. 30, 1187 (1977).
2. К. Д. Баер, Дж. Ригер, Инорг. 20, 905 (1981).
3. Ж.-М. Поделки, Бык. Soc. Хим. Fr. 14, 99 (1870).
4. Лагунас, Д. Пестана, Дж. Диез-Маса, Биохимия 23, 955 (1984).
Источник: сайт Фелисы Вольф-Симон, Железная Лиза
