Il contraccolpo del documento sulla "vita da arsenico" pubblicato il 2 dicembre è ancora in corso. Alcune critiche sono state rivolte alla scienza, mentre molte altre critiche sono state rivolte alla copertura delle notizie e anche al modo in cui la NASA ha introdotto o "preso in giro" il pubblico con le notizie, usando le parole "astrobiologia" e "vita extraterrestre" nella loro annuncio di una prossima conferenza stampa. Oggi, alla conferenza dell'American Geophysical Union, uno degli scienziati del team, Ron Oremland, ha discusso delle conseguenze della copertura giornalistica, e presto ne fornirò una panoramica. All'incirca nello stesso periodo, il team scientifico ha rilasciato una dichiarazione e alcune domande frequenti sul documento scientifico. Di seguito è riportata quella dichiarazione e le informazioni fornite dal team scientifico.
Risposta alle domande sull'articolo scientifico, "Un batterio che può crescere usando arsenico anziché fosforo"
-A partire dal 16 dicembre 2010-
Un articolo di ricerca pubblicato dalla rivista Science il 2 dicembre 2010 ha fornito diverse linee di prova, suggerendo collettivamente che un batterio isolato dal Mono Lake della California può sostituire l'arsenico con una piccola percentuale del suo fosforo e sostenere la sua crescita.
Questa scoperta è stata sorprendente perché sei elementi - carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto, zolfo e fosforo - costituiscono la maggior parte delle molecole organiche nella materia vivente, inclusi acidi nucleici, proteine e lipidi. Gli scienziati non affiliati al gruppo di ricerca hanno quindi posto domande opportunamente impegnative sulla ricerca.
Uno scopo chiave della pubblicazione accademica è far avanzare la scienza presentando dati interessanti e proponendo ipotesi verificabili. Comprensibilmente, i risultati più sorprendenti tendono a generare la risposta e il controllo più intensi da parte della comunità scientifica. Le risposte post-pubblicazione alla ricerca originale e gli sforzi per testare e replicare i risultati, specialmente in caso di risultati inattesi, sono un meccanismo essenziale per far avanzare le conoscenze scientifiche.
Gli editori di scienze hanno ora ricevuto una serie di commenti tecnici e lettere in risposta all'articolo, "Un batterio che può crescere usando arsenico invece del fosforo", di Felisa Wolfe-Simon e colleghi. I commenti e le risposte saranno sottoposti a revisione e li pubblicheremo in un prossimo numero di Science.
Nel frattempo, nel tentativo di promuovere la comprensione pubblica dell'opera, l'articolo di ricerca e una relativa notizia sono stati resi disponibili gratuitamente al pubblico tramite il sito Web di Science per il mese successivo. Questi articoli sono disponibili online qui:
Il team di Wolfe-Simon, ipotizzando che forse alcuni batteri potrebbero essere in grado di usare l'arsenico o tollerare un po 'di sostituzione del fosforo nelle molecole organiche, ha raccolto i microbi dal Mono Lake ricco di arsenico e poi li ha gradualmente eliminati dal fosforo, alimentandoli invece con l'arsenico. Il team ha riferito di aver preso delle misure per escludere qualsiasi contaminazione da fosforo. Hanno concluso che le loro prove suggerivano che l'arsenico aveva sostituito una piccola percentuale di fosforo nel loro DNA.
Gli autori hanno descritto vari tipi di prove, tra cui:
* Spettrometria di massa al plasma accoppiata induttivamente.
Gli autori hanno riferito che questi risultati hanno rivelato che l'arsenico si trovava all'interno delle cellule batteriche, suggerendo che non era semplicemente un contaminante bloccato all'esterno delle cellule;
* Etichettatura radioattiva dell'arsenico.
Il team di Wolfe-Simon ha detto che questa prova ha permesso loro di individuare la sostanza normalmente tossica all'interno delle frazioni proteiche, lipidiche, di acido nucleico e metabolita delle cellule, suggerendo che era stata presa in molecole che formano ciascuna frazione.
* Spettrometria di massa di ioni secondari ad alta risoluzione del DNA dopo che era stato separato dai batteri.
Gli autori hanno riferito che questa prova suggeriva che il DNA isolato contenesse ancora arsenico.
* Analisi a raggi X ad alta intensità (sincrotrone).
Sulla base di queste prove, gli autori hanno concluso che l'arsenico nei batteri sembrava sostituire i fosfati nel DNA e in altre molecole.
Le domande sui risultati tendevano a focalizzarsi sul fatto che i batteri avessero davvero incorporato l'arsenico nel DNA e se i microbi avessero completamente smesso di consumare fosforo. Mentre il team preferisce rispondere alle domande attraverso un processo di revisione paritaria, Felisa Wolfe-Simon e Ron Oremland hanno fornito alcune informazioni aggiuntive qui come servizio pubblico e per chiarire i loro dati e procedure. La scienza sottolinea che queste risposte non sono state sottoposte a revisione paritaria; sono forniti per conto degli autori solo come servizio di informazione pubblica, mentre continua una revisione più formale delle loro risposte ai commenti inviati a Science.
Domande e risposte preliminari
Domanda: Alcune persone si sono chieste se il DNA sia stato sufficientemente pulito dalla tua tecnica usando l'elettroforesi su gel, per separarlo da altre molecole. Pensi che questa sia una preoccupazione valida?
Risposta:
Il nostro protocollo di estrazione e purificazione del DNA inizia con cellule lavate, pellet dai media. Questi sono quindi sottoposti a un protocollo standard di estrazione del DNA, che includeva più passaggi di fenolo cloroformio per rimuovere le impurità, incluso qualsiasi arsenato non incorporato (As). Successivamente, il DNA è stato elettroforizzato, separando ulteriormente il DNA dalle impurità. Eventuali residui dal supporto sarebbero stati rimossi lavando le cellule prima dell'estrazione e partizionando nella fase acquosa durante i 3 fenoli: fasi di cloroformio nell'estrazione. Se As fosse stato incorporato in un lipide o in una proteina, si sarebbe partizionato nelle frazioni fenolo, fenolo: cloroformio o cloroformio. Inoltre, il DNA estratto in questo modo su altri campioni è stato utilizzato con successo in ulteriori analisi, inclusa la PCR, che richiedono DNA altamente purificato.
L'arsenico misurato da NanoSIMS nella banda di gel è coerente con le altre nostre misurazioni e un'altra linea di evidenza.
Il nostro esperimento con radiomarcatura 73AsO43 ha mostrato che la radiomarcatura totale associata al pellet cellulare 11,0% ± 0,1% era associata alla frazione DNA / RNA. Ciò ha indicato che dovremmo aspettarci un po 'di arsenato del pool totale associato agli acidi nucleici. Per interpretare questi dati, abbiamo accoppiato la nostra interpretazione con le nostre prove EXAFS suggerendo che l'arsenico intracellulare era As (V) legato a C e non era libero in soluzione come ione. Ciò suggerisce che As is in, una molecola organica con distanze di legame coerenti con un ambiente chimico analogo al fosfato (Figg. 3A, tabella "lunghezze di legame" S3). A supporto della nostra interpretazione delle due analisi menzionate in precedenza, abbiamo utilizzato una terza linea di evidenza di NanoSIMS, una tecnica completamente diversa dalle altre due. Troviamo arsenico elementare (misurato da NanoSIMS) associato alla banda gel che è più del doppio dello sfondo nel gel. Sulla base della discussione di cui sopra, non riteniamo che questa sia una preoccupazione valida.
Domanda: altri hanno sostenuto che il DNA legato all'arsenico dovrebbe essere rapidamente caduto in pezzi quando esposto all'acqua. Potresti affrontarlo?
Risposta:
Non siamo a conoscenza di studi che si occupano di arsenato legato in poliesteri a catena lunga o di- o triesteri nucleotidici di arsenato, che sarebbero direttamente rilevanti per il nostro studio. Studi pubblicati hanno dimostrato che i semplici esteri di arsenico hanno tassi di idrolisi molto più elevati rispetto agli esteri fosfatici (1-3). Gli esperimenti pubblicati finora hanno esaminato specificamente lo scambio o l'idrolisi dei triesteri alchilici di arsenato [Eqn. 1] e diesteri alchilici di arsenite [Eqn. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
dove R = metile, etile, n-pentile e isopropile. Il riferimento 2 ha dimostrato che i tassi di idrolisi per questi semplici triesteri alchilici di arsenato sono diminuiti con l'aumentare della lunghezza della catena del carbonio (complessità) del sostituente alchilico (metile> etile> n-pentile> isopropile). Non è stato svolto alcun lavoro sui tassi di idrolisi dei nucleotidi legati all'arsenico o di altre frazioni biologicamente rilevanti.
Se l'andamento del tasso idrolitico riportato nel Rif. 2 continua a sostanze organiche di peso maggiore, come quelle presenti nelle biomolecole, è ipotizzabile che i biopolimeri legati all'arsenico possano essere più resistenti all'idrolisi di quanto si pensasse in precedenza. I piccoli composti modello studiati in Refs. 1-3 sono relativamente flessibili e possono facilmente adottare la geometria ideale per l'acqua per attaccare il legame arseno-estere. Gli esteri di arsenato di grandi bio-molecole, tuttavia, sono probabilmente ostacolati più stericamente, portando a tassi più bassi di idrolisi.
Questo tipo di vincolo sterico sulla velocità di reazione spiega l'ampia gamma di frequenze osservate nel comportamento di alcuni nucleotidi collegati al fosfato. Nei piccoli ribozimi, i legami fosforici nel sito di catalisi possono essere idrolizzati nell'ordine di decine di secondi (con una velocità chimica di 1 s-1). Questo miglioramento della velocità si ottiene orientando il collegamento per l'attacco in linea da parte di un nucleofilo (un gruppo ossidrilico 2 ′ adiacente). Inoltre, i modelli di autodegradazione sono coerenti con la composizione di base specifica. D'altra parte, i tassi di idrolisi per i legami fosfodiesterici in A forma duplex di RNA sono più lenti di molti ordini di grandezza, perché questi collegamenti non possono accedere facilmente alla geometria necessaria per l'idrolisi.
Le percentuali nel DNA possono essere molto più lente dei composti del modello a causa dei vincoli geometrici imposti alla spina dorsale dall'elica.
La cinetica dell'idrolisi dei biopolimeri legati all'arsenico è chiaramente un'area in cui sono giustificate ulteriori ricerche.
Domanda: è possibile che i sali nei tuoi mezzi di crescita possano aver fornito abbastanza traccia di fosforo per sostenere i batteri?
Risposta:
L'etichettatura dei dati e dei campioni nella tabella S1 ha creato confusione. Per chiarire, per ogni esperimento, è stata prodotta una singola partita di acqua artificiale Mono Lake con la seguente formulazione: sali AML60, no P, no As, no glucosio, no vitamine. La tabella S1 mostra esempi di misurazioni ICPMS di fosforo elementare (~ 3 µM) e arsenato effettuati su questa formulazione prima di ulteriori aggiunte. Quindi abbiamo aggiunto glucosio e vitamine per tutti e tre i trattamenti e come per i trattamenti + As o P per i trattamenti + P. Le misurazioni di P effettuate sul terreno dopo l'aggiunta di saccarosio e vitamine e dopo l'aggiunta di As erano anche ~ 3 µM in questo lotto. Pertanto, era chiaro che qualsiasi impurità di P misurata (~ 3 µM, questa era la gamma alta) è arrivata con i sali principali e che tutti gli esperimenti contengono un fondo P identico (incluso qualsiasi P introdotto con l'inoculo di coltura).
Nel documento di Science, mostriamo i dati di un esperimento di molti esperimenti replicati che non dimostrano la crescita di cellule nei media senza aggiunta di arsenato o fosfato (Figura 1). Questi dati dimostrano chiaramente che il ceppo GFAJ-1 non è stato in grado di utilizzare la P 3µM per supportare un'ulteriore crescita in assenza di arsenato. Inoltre, il contenuto di P intracellulare determinato per le cellule cresciute di + As / -P non era sufficiente a supportare l'intero requisito di P per la funzione cellulare.
Nota sulla coltura: tutti gli esperimenti sono stati iniziati con l'inoculo da condizioni sostenute di + As / -P. Prima degli esperimenti, le cellule erano state coltivate a lungo termine, per più generazioni da una singola colonia coltivata su terreni solidi senza aggiunta di fosfato. Prima di questo, venivano coltivati come un arricchimento per più di 10 trasferimenti e sempre in un nuovo mezzo che era + As / -P. Riteniamo pertanto che non vi sia un riporto significativo di P. Sosteniamo anche che non ci sarebbe stata abbastanza P cellulare per supportare una crescita aggiuntiva basata su un pool di riciclaggio interno di P.
Domanda: c'è qualcos'altro che desideri che il pubblico comprenda sulla tua ricerca o sul processo scientifico?
Risposta: Per tutti noi, tutto il nostro team, com'era inimmaginabile. Siamo un gruppo di scienziati che si sono riuniti per affrontare un problema davvero interessante. Ognuno di noi ha usato i nostri talenti, dall'abilità tecnica alla discussione intellettuale, per determinare oggettivamente cosa stava accadendo esattamente nei nostri esperimenti. Abbiamo ammesso liberamente sul giornale e sulla stampa che c'era molto, molto più lavoro da fare da noi e da tutta una serie di altri scienziati. La conferenza stampa ha incluso anche un esperto tecnico, il dott. Steven Benner, che ha espresso alcune delle preoccupazioni a cui abbiamo risposto sopra. Parte della nostra ragione per portare questo lavoro alla comunità era quella di creare connessioni intellettuali e tecniche per più collaborazioni per rispondere a molte delle domande persistenti. Eravamo trasparenti con i nostri dati e abbiamo mostrato ogni dato e risultato interessante. Le conclusioni del nostro documento si basano su quello che ritenevamo fosse il modo più parsimonioso di interpretare una serie di esperimenti in cui nessun singolo esperimento sarebbe stato in grado di rispondere alla grande domanda. "Un microbo potrebbe usare l'arsenico al posto del fosforo per sostenere la sua crescita?" La migliore scienza ci apre nuove domande come comunità e stimola l'interesse e l'immaginazione del grande pubblico. Come comunicatori e rappresentanti della scienza, riteniamo che il supporto di nuove idee con i dati sia fondamentale, ma anche per generare nuove idee su cui gli altri possano riflettere e far valere i propri talenti.
Non vediamo l'ora di lavorare con altri scienziati, direttamente o rendendo le cellule liberamente disponibili e fornendo campioni di DNA agli esperti appropriati per le loro analisi, nel tentativo di fornire maggiori informazioni su questa scoperta affascinante.
Riferimenti
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. Artigianato, Toro. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Fonte: sito web di Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
