Tilbageslag fra papiret "arsenliv", der blev offentliggjort den 2. december, fortsætter stadig. Nogle af kritikerne har været om videnskaben, mens meget mere kritik har været om dækningen af nyhederne og også hvordan NASA introducerede eller "drillede" offentligheden med nyheder ved hjælp af ordene "astrobiologi" og "udenjordisk liv" i deres offentliggørelse af en kommende pressekonference. I dag på den amerikanske geofysiske unions konference diskuterede en af teamforskerne Ron Oremland nedfaldet fra nyhedsdækningen, og jeg vil snart give et overblik over det. På samme tid frigav videnskabsteamet en erklæring og nogle ofte stillede spørgsmål om videnskabspapiret. Nedenfor er denne erklæring og de oplysninger, som videnskabsteamet leverede.
Svar på spørgsmål vedrørende videnskabsartiklen, "En bakterie, der kan vokse ved at bruge arsen i stedet for fosfor"
-Den 16. december 2010-
En forskningsartikel, der blev offentliggjort 2. december 2010 af tidsskriftet Science, leverede adskillige bevislinjer, der samlet antydede, at en bakterie isoleret fra Californiens Mono-sø kan erstatte arsen for en lille procentdel af sit fosfor og opretholde dens vækst.
Dette fund var overraskende, fordi seks elementer - kulstof, ilt, brint, nitrogen, svovl og fosfor - udgør de fleste af de organiske molekyler i levende stof, herunder nukleinsyrer, proteiner og lipider. Forskere, der ikke er tilknyttet forskerteamet, har derfor stillet passende udfordrende spørgsmål om forskningen.
Et centralt formål med den videnskabelige publikation er at fremme videnskaben ved at præsentere interessante data og foreslå testbare hypoteser. Forståeligt nok har de mest overraskende fund genereret den mest intense respons og kontrol fra det videnskabelige samfund. Svar efter offentliggørelse af original forskning og bestræbelser på at teste og gentage resultaterne, især i tilfælde af uventede fund, er en vigtig mekanisme til fremme af videnskabelig viden.
Videnskabsredaktører har nu modtaget en række tekniske kommentarer og breve, der svarer på artiklen, "Et bakterie, der kan vokse ved at bruge arsen i stedet for fosfor," af Felisa Wolfe-Simon og kolleger. Kommentarerne og svarene gennemgås, og vi vil offentliggøre dem i en fremtidig udgave af videnskab.
I mellemtiden er et forsøg på at fremme den offentlige forståelse af arbejdet, forskningsartiklen og et relateret nyhedsartikel gjort frit tilgængeligt for offentligheden via videnskabswebstedet i den næste måned. Disse artikler kan findes online her:
Wolfe-Simon-teamet, der teoretiserede, at nogle bakterier måske kunne være i stand til at bruge arsen eller tolerere en vis substitution med fosfor i organiske molekyler, indsamlet mikrober fra arsen-rig Mono Lake og derefter gradvist fravænket dem af fosfor og fodret dem arsen i stedet. Holdet har rapporteret, at de har taget skridt til at udelukke enhver fosforforurening. De konkluderede, at deres beviser antydede, at arsen havde erstattet en lille procentdel af fosforet i deres DNA.
Forskellige typer bevis blev beskrevet af forfatterne, herunder:
* Induktivt koblet plasmamasspektrometri.
Forfatterne rapporterede, at disse resultater afslørede, at arsen var inde i bakterieceller, hvilket antydede, at det ikke kun var en kontaminant, der blev klæbet ud til cellerne;
* Radioaktiv mærkning af arsen.
Wolfe-Simons team sagde, at dette bevis tillader dem at få øje på det normalt toksiske stof i protein-, lipid-, nukleinsyre- og metabolitfraktionerne i cellerne, hvilket antyder, at det var blevet taget i molekyler, der danner hver fraktion.
* Sekundær ionmassespektrometri med høj opløsning af DNA'et, efter at det var blevet adskilt fra bakterierne.
Forfatterne rapporterede, at dette bevis antydede, at det isolerede DNA stadig indeholdt arsen.
* Højintensiv (synchrotron) røntgenanalyse.
Baseret på dette bevis konkluderede forfatterne, at arsen i bakterierne så ud til at erstatte fosfater i DNA og andre molekyler.
Spørgsmål om fundene har haft en tendens til at fokusere på, om bakterierne virkelig havde inkorporeret arsen i DNA'et, og om mikroberne helt var stoppet med at indtage fosfor. Mens teamet foretrækker at stille spørgsmål gennem en peer-review proces, har Felisa Wolfe-Simon og Ron Oremland leveret nogle yderligere oplysninger her som en offentlig service og for at afklare deres data og procedurer. Videnskab understreger, at disse svar ikke er peer-review; de leveres kun på forfatterens vegne som en offentlig informationstjeneste, mens en mere formel gennemgang af deres svar på kommentarer sendt til videnskab fortsætter.
Indledende spørgsmål og spørgsmål
Spørgsmål: Nogle mennesker har stillet spørgsmålstegn ved, om DNA'et var tilstrækkeligt renset ved hjælp af din teknik ved hjælp af gelelektroforese til at adskille det fra andre molekyler. Føler du, at dette er en gyldig bekymring?
Svar:
Vores DNA-ekstraktions- og oprensningsprotokol begynder med vaskede celler, pelleteret fra medier. Disse underkastes derefter en standard DNA-ekstraktionsprotokol, der inkluderede flere phenolchloroform-trin til fjernelse af urenheder, herunder ethvert ikke inkorporeret arsenat (As). Herefter blev DNA elektroforese, hvor DNA'et yderligere blev separeret fra urenheder. Eventuelt resterende fra mediet ville være blevet fjernet ved at vaske cellerne før ekstraktion og ved at delt i den vandige fase under de 3 phenol: chloroform-trin i ekstraktionen. Hvis As blev inkorporeret i et lipid eller protein, ville det have delt sig i phenol-, phenol: chloroform- eller chloroform-fraktionerne. Derudover blev DNA ekstraheret på denne måde på andre prøver også med succes anvendt i yderligere analyser, herunder PCR, der kræver stærkt oprenset DNA.
Arsenet målt ved NanoSIMS i gelebåndet stemmer overens med vores andre målinger og en anden bevismåde.
Vores radiomærket 73AsO43-eksperiment viste, at af den samlede radiomærkning, der var forbundet med cellepelleten, var 11,0% ± 0,1% forbundet med DNA / RNA-fraktionen. Dette indikerede, at vi kunne forvente noget arsenat af den samlede pool, der er forbundet med nukleinsyrerne. For at fortolke disse data koblet vi vores fortolkning med vores EXAFS-bevis, der antydede, at intracellulær arsen var As (V) bundet til C og ikke var fri i opløsning som en ion. Dette antyder, at As is in, et organisk molekyle med bindingsafstande, der er konsistent med et kemisk miljø, der er analogt med fosfat (fig. 3A, S3 "bindingslængder" -tabel). Yderligere understøttede vores fortolkning af de tidligere nævnte to analyser, vi brugte en tredje bevislinje fra NanoSIMS, en helt anden teknik end de andre to. Vi finder elementarsen (som målt ved NanoSIMS) forbundet med gelebåndet, der er mere end to gange baggrunden i gelen. Baseret på ovenstående diskussion føler vi ikke, at dette er en gyldig bekymring.
Spørgsmål: Andre har hævdet, at arsenatbundet DNA burde have været faldet fra hinanden, når de blev udsat for vand. Kunne du adressere dette?
Svar:
Vi er ikke opmærksomme på nogen undersøgelser, der vedrører arsenat bundet i langkædede polyestere eller nukleotiddi- eller triestere af arsenat, hvilket ville være direkte relevant for vores undersøgelse. Publicerede studier har vist, at enkle arsenestere har meget højere hydrolysehastigheder end phosphatestere (1-3). De hidtil offentliggjorte eksperimenter har specifikt set på udskiftning eller hydrolyse af alkyltriestere af arsenat [ækv. 1] og alkyldiestere af arsenit [ækv. 2]:
OA'er (OR) 3 + H2O? OA'er (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OA'er (OH) (OR) 2 + H2O? OA'er (OH) 2 (OR) + ROH [2]
hvor R = methyl, ethyl, n-pentyl og isopropyl. Reference 2 demonstrerede, at hydrolysehastighederne for disse enkle alkyltestere af arsenat faldt med stigende kulstofkædelængde (kompleksitet) af alkylsubstituenten (methyl> ethyl> n-pentyl> isopropyl). Intet arbejde er blevet udført med hydrolysehastighederne for arsenatbundne nucleotider eller andre biologisk relevante dele.
Hvis den hydrolytiske hastighedstrend rapporteret i Ref. 2 fortsætter med organiske stoffer med større vægt, såsom dem, der findes i biomolekyler, det kan tænkes, at arsenatbundne biopolymerer kan være mere resistente over for hydrolyse end tidligere antaget. De små modelforbindelser undersøgt i Refs. 1-3 er relativt fleksible og kan let anvende den ideelle geometri til vand for at angribe arseno-esterbindelsen. Arsenatestere af store biomolekyler er imidlertid sandsynligvis mere sterisk hindret, hvilket fører til langsommere hydrolysehastigheder.
Denne type sterisk begrænsning af reaktionshastighed tegner sig for det brede spektrum af hastigheder, der ses i opførslen af nogle phosphatbundne nukleotider. I små ribozymer kan phophodiester-bindingerne på katalysestedet hydrolyseres i størrelsesordenen ti sekunder (med en kemisk hastighed på 1 s-1). Denne hastighedsforøgelse opnås ved at orientere bindingen til in-line angreb af en nukleofil (en tilstødende 2'-hydroxylgruppe). Endvidere er autodegraderingsmønstrene i overensstemmelse med specifik basesammensætning. På den anden side er hydrolyseshastighederne for phosphodiesterbindinger i RNA-formede duplekser mange størrelsesordener langsommere, fordi disse forbindelser ikke let har adgang til den geometri, der er nødvendig til hydrolyse.
Hastighederne i DNA kan være meget langsommere end modelforbindelser på grund af de geometriske begrænsninger, som helixen har pålagt rygraden.
Kinetikken for hydrolyse af arsenatbundne biopolymerer er helt klart et område, hvor mere forskning er berettiget.
Spørgsmål: Er det muligt, at salte i dine vækstmedier kunne have givet tilstrækkelig sporfosfor til at opretholde bakterierne?
Svar:
Data og prøvemærkning i tabel S1 har forårsaget en vis forvirring. For at afklare blev der for hvert eksperiment fremstillet en enkelt batch af kunstigt Mono Lake-vand med følgende formulering: AML60-salte, ingen P, ingen As, ingen glukose, ingen vitaminer. Tabel S1 viser eksempler på ICPMS-målinger af elementær fosfor (~ 3 uM) og arsenat foretaget på denne formulering forud for yderligere tilsætninger. Derefter tilsatte vi glukose og vitaminer til alle tre behandlinger og enten Som til + As-behandlinger eller P til + P-behandlinger. P-målingerne foretaget på mediet efter tilsætning af saccharose og vitaminer og efter tilsætning af As var også ~ 3 uM i denne batch. Derfor var det klart, at enhver P-urenhed, der blev målt (~ 3 uM, dette var det høje interval), kom ind med de vigtigste salte, og at alle eksperimenter indeholder identisk P-baggrund (inklusive ethvert P medbragt med kulturinokula).
I Science-dokumentet viser vi data fra et eksperiment af mange replikerede eksperimenter, der ikke demonstrerer nogen vækst af celler i medier uden tilsat arsenat eller fosfat (figur 1). Disse data viser klart, at stamme GFAJ-1 ikke var i stand til at anvende 3 uM P til at understøtte yderligere vækst i fravær af arsenat. Derudover var det intracellulære P-indhold bestemt for de + As / -P dyrkede celler ikke nok til at understøtte det fulde krav til P for cellulær funktion.
Bemærk om dyrkning: Alle eksperimenter blev initieret med inokler fra vedvarende + As / -P betingelser. Før eksperimenterne var cellerne blevet dyrket i lang tid i flere generationer fra en enkelt koloni dyrket på faste medier uden tilsat phosphat. Før dette blev de dyrket som en berigelse for mere end 10 overførsler og altid til nyt medium, der var + As / -P. Vi føler derfor, at der ikke er nogen betydelig overførsel af P. Vi argumenterer også for, at der ikke ville have været nok cellulær P til at understøtte yderligere vækst baseret på en intern genbrugspool af P.
Spørgsmål: Er der noget andet, du gerne vil have for offentligheden at forstå om din forskning eller om den videnskabelige proces?
Svar: For os alle, hele vores team, hvordan det var, var ufattelig. Vi er en gruppe af forskere, der mødtes for at tackle et rigtig interessant problem. Vi brugte hver vores talenter, fra teknisk dygtighed til intellektuel diskussion, til objektivt at bestemme, hvad der nøjagtigt skete i vores eksperimenter. Vi indrømmede frit i avisen og i pressen, at der var meget, meget mere arbejde at gøre af os og en hel række andre forskere. Pressekonferencen inkluderede endda en teknisk ekspert, Dr. Steven Benner, der gav udtryk for nogle af de bekymringer, vi reagerede på ovenfor. En del af vores grund til at bringe dette arbejde til samfundet var at skabe de intellektuelle og tekniske forbindelser til flere samarbejder for at besvare mange af de langvarige spørgsmål. Vi var gennemsigtige med vores data og viste hvert nulpunkt og interessant resultat. Vores avis 'konklusioner er baseret på, hvad vi mente var den mest mistænkelige måde at fortolke en række eksperimenter, hvor intet enkelt eksperiment ville være i stand til at besvare det store spørgsmål. "Kunne en mikrobe bruge arsen i stedet for fosfor for at opretholde dens vækst?" Den bedste videnskab åbner nye spørgsmål for os som samfund og gnister interessen og fantasien hos offentligheden. Som kommunikatorer og repræsentant for videnskaben føler vi, at støtte til nye ideer med data er kritisk, men også for at skabe nye ideer, som andre kan tænke på og bringe deres talenter videre.
Vi ser frem til at samarbejde med andre forskere, enten direkte eller ved at gøre cellerne frit tilgængelige og give DNA-prøver til passende eksperter til deres analyser i et forsøg på at give mere indsigt i denne spændende fund.
Referencer
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. Håndværk, Bull. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Kilde: Felisa Wolf-Simons websted, Iron Lisa
