Зворотній зв'язок з документом "життя миш'яку", який був опублікований 2 грудня, триває. Частина критики стосується науки, в той час як набагато більше критики стосується висвітлення новин, а також того, як NASA представила або "дражнила" громадськість новинами, використовуючи слова "астробіологія" та "позаземне життя" у своїх оголошення про майбутню прес-конференцію. Сьогодні на конференції Американського геофізичного союзу один з науковців команди Рон Оремланд обговорив випадок з висвітлення новин, і я незабаром надам огляд цього. Приблизно в той же час науковий колектив оприлюднив заяву та деякі поширені запитання щодо наукової роботи. Нижче це твердження та інформація, яку надала наукова команда.
Відповідь на питання, що стосуються статті про науку, "Бактерія, яка може вирости, використовуючи миш'як замість фосфору"
-З 16 грудня 2010 р.
У дослідницькій статті, опублікованій 2 грудня 2010 року журналом Science, було надано кілька доказів, що колективно припускають, що бактерія, виділена з озера Моно в Каліфорнії, може замінити миш'як невеликим відсотком його фосфору та підтримати його зростання.
Цей висновок був дивовижним, оскільки шість елементів - вуглець, кисень, водень, азот, сірка та фосфор - складають більшість органічних молекул живої речовини, включаючи нуклеїнові кислоти, білки та ліпіди. Вчені, не пов'язані з дослідницькою командою, тому задавали відповідні складні питання щодо дослідження.
Основна мета наукового видання - просунути науку шляхом представлення цікавих даних та запропонованих перевіряються гіпотез. Зрозуміло, що найдивовижніші висновки, як правило, викликають найінтенсивнішу реакцію та ретельний аналіз у наукової спільноти. Відповіді після публікації на оригінальні дослідження та зусилля щодо перевірки та тиражування результатів, особливо у випадках несподіваних висновків, є важливим механізмом просування наукових знань.
Зараз наукові редактори отримали ряд технічних коментарів та листів у відповідь на статтю "Бактерія, яка може вирости, використовуючи миш'як замість фосфору", Феліса Вулф-Саймон та його колеги. Зауваження та відповіді будуть переглянуті, і ми опублікуємо їх у майбутньому випуску Science.
Тим часом, прагнучи сприяти громадському розумінню роботи, стаття про дослідження та пов’язана з цим новинна публікація стали вільно доступними для громадськості через веб-сайт Science протягом наступного місяця. Ці статті можна знайти в Інтернеті тут:
Команда Вулфа-Саймона, теоретизуючи, що, можливо, деякі бактерії можуть бути в змозі використовувати миш'як або переносити якусь заміну фосфору в органічних молекулах, збирали мікроби з багатого миш'яком озера Моно, а потім поступово відволікали їх від фосфору, подаючи замість них миш’як. Команда повідомила, що вжила заходів, щоб виключити будь-яке забруднення фосфором. Вони дійшли висновку, що їхні дані свідчать про те, що миш’як замінив невеликий відсоток фосфору в їх ДНК.
Авторами були описані різні типи доказів, зокрема:
* Індуктивно пов'язана спектрометрія плазмової маси.
Автори повідомили, що ці результати виявили, що миш’як знаходиться всередині бактеріальних клітин, припускаючи, що це не просто забруднювач, приклеєний до зовнішньої частини клітин;
* Радіоактивне маркування миш'яку.
Команда Вулфа-Саймона заявила, що ці докази дозволяють їм помітити нормально токсичну речовину в білкових, ліпідних, нуклеїнових кислотах та метаболітних частках клітин, припускаючи, що вони були взяті в молекули, що утворюють кожну фракцію.
* Масова спектрометрія ДНК високої роздільної здатності ДНК після її відокремлення від бактерій.
Автори повідомили, що ці дані свідчать про те, що ізольована ДНК все ще містить миш’як.
* Високоінтенсивний (синхротронний) рентгенівський аналіз.
Виходячи з цих доказів, автори дійшли висновку, що миш’як у бактеріях, як видається, замінює фосфати в ДНК та інших молекулах.
Питання щодо цих висновків, як правило, фокусуються на тому, чи справді бактерії включили миш'як у ДНК та чи повністю перестали споживати фосфор мікроби. Хоча команда вважає за краще вирішувати питання через рецензований процес, Феліса Вулф-Саймон та Рон Оремланд надали тут додаткову інформацію як публічну службу та уточнюють свої дані та процедури. Наука підкреслює, що ці відповіді не були рецензовані; вони надаються від імені авторів лише як державна інформаційна служба, тоді як продовжується більш офіційний перегляд їхніх відповідей на коментарі, надіслані Science.
Попередні запитання та відповіді
Питання: Деякі люди ставлять під сумнів, чи ДНК була достатньо очищена вашою технікою за допомогою гелевого електрофорезу, щоб відокремити її від інших молекул. Чи вважаєте Ви це поважним питанням?
Відповідь:
Наш протокол вилучення та очищення ДНК починається з промитих клітин, гранульованих із середовища. Потім вони піддаються стандартному протоколу вилучення ДНК, який включав кілька етапів хлороформного фенолу для видалення домішок, включаючи будь-який невключений арсенат (As). Після цього ДНК піддавали електрофорезу, далі відділяючи ДНК від домішок. Будь-який залишковий матеріал із середовища був би видалений промиванням клітин перед екстракцією та розподілом у водній фазі протягом 3 етапів фенол: хлороформ при екстракції. Якби As був включений у ліпід або білок, він би поділявся на фенольні, фенольні: хлороформні або хлороформні фракції. Крім того, ДНК, вилучена таким чином, на інших зразках, також успішно використовувалася в подальших аналізах, включаючи ПЛР, що потребують високоочищеної ДНК.
Миш’як, виміряний NanoSIMS в гелевій смузі, відповідає нашим іншим вимірам та іншій лінії доказів.
Наш радіоактивний міткий експеримент 73AsO43 показав, що загальна радіомарка, пов'язана з гранул клітин, 11,0% ± 0,1% була пов'язана з фракцією ДНК / РНК. Це вказувало на те, що слід очікувати деякого арсенату загального пулу, пов'язаного з нуклеїновими кислотами. Для інтерпретації цих даних ми поєднали нашу інтерпретацію з нашими свідченнями EXAFS, що свідчить про те, що внутрішньоклітинний миш'як As (V) пов'язаний з C, і не був вільним у розчині як іон. Це говорить про те, що існує, органічна молекула з відстані зв’язку, що відповідає хімічному середовищу, аналогічному фосфату (рис. 3А, таблиця «довжини зв’язку» S3). Далі підтримуючи нашу інтерпретацію попередніх згаданих двох аналізів, ми використали третій рядок доказів NanoSIMS, абсолютно інший прийом від двох інших. Ми знаходимо елементарний миш’як (вимірюється NanoSIMS), пов’язаний із гелевою смугою, що більше ніж у два рази перевищує фон у гелі. Виходячи з вищезгаданої дискусії, ми не вважаємо, що це поважне занепокоєння.
Питання: Інші стверджували, що пов'язана з арсенатом ДНК повинна швидко розпастись, коли потрапляла на воду. Не могли б ви вирішити це?
Відповідь:
Нам невідомі жодні дослідження, які стосуються арсенату, зв’язаного в довгих ланцюгах поліефірів або нуклеотидних ди- або триефірів арсенату, які були б безпосередньо стосуються нашого дослідження. Опубліковані дослідження показали, що прості ефіри миш'яку мають набагато більшу швидкість гідролізу, ніж фосфатні ефіри (1-3). Опубліковані на сьогодні експерименти спеціально розглядали обмін або гідроліз алкільних триефірів арсенату [Eqn. 1] та алкільних діефіри арсеніту [Eqn. 2]:
ОА (АБО) 3 + Н2О? OA (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OA (OH) (OR) 2 + H2O? OA (OH) 2 (OR) + ROH [2]
де R = метил, етил, н-пентил та ізопропіл. Посилання 2 показала, що швидкість гідролізу для цих простих алкільних тристерів арсенату зменшується зі збільшенням довжини (складності) вуглецевого ланцюга (метил> етил> н-пентил> ізопропіл). Не було зроблено жодної роботи щодо швидкості гідролізу пов'язаних з арсенатом нуклеотидів або інших біологічно релевантних фрагментів.
Якщо тенденція гідролітичної швидкості повідомляється у посиланні 2, продовжуючи органіку більшої ваги, як, наприклад, ті, які знайдені в біомолекулах, можна вважати, що пов'язані з арсенатом біополімери можуть бути більш стійкими до гідролізу, ніж вважалося раніше. Невеликі модельні сполуки, досліджені в літературі. 1-3 відносно гнучкі і можуть легко прийняти ідеальну геометрію для води для атаки арсено-ефірного зв’язку. Проте, складні ефіри арсенату великих біомолекул, ймовірно, будуть більш стерильно утруднені, що призведе до уповільнення швидкості гідролізу.
Цей тип стеричного обмеження швидкості реакції пояснює широкий діапазон частот, що спостерігаються в поведінці деяких нуклеотидів, пов'язаних з фосфатами. У малих рибозимах фофодіестерні зв’язки в місці каталізу можуть гідролізуватися в порядку десятків секунд (з хімічною швидкістю 1 с-1). Таке підвищення швидкості досягається шляхом орієнтування зв'язку для прямолінійної атаки нуклеофілом (сусідня 2 'гідроксильна група). Більше того, схеми автодеградації відповідають конкретному базовому складу. З іншого боку, швидкість гідролізу фосфодіефірних зв'язків у дуплексах Р-форми РНК на багато разів повільніша, оскільки ці зв'язки не можуть легко отримати доступ до геометрії, необхідної для гідролізу.
Швидкість у ДНК може бути набагато повільнішою, ніж модельні сполуки через геометричні обмеження, накладені спіраллю на спіраль.
Кінетика гідролізу пов'язаних з арсенатом біополімерів, очевидно, є областю, де гарантовано проведення додаткових досліджень.
Питання: Чи можливо, що солі у вашому середовищі росту могли забезпечити достатню кількість фосфору в мікроелементах для підтримки бактерій?
Відповідь:
Дані та маркування зразків у таблиці S1 викликали певну плутанину. Для уточнення для кожного експерименту було виготовлено одну партію штучної води з озера Моно з наступним складом: солі AML60, ні P, ні As, ні глюкоза, ні вітаміни. У таблиці S1 показані приклади вимірювань ICPMS елементарного фосфору (~ 3 мкМ) та арсенату, виготовленого на цій рецептурі до будь-яких подальших доповнень. Потім ми додали глюкозу та вітаміни для всіх трьох процедур, а також як для + як лікування, так і P для лікування + P. Р-вимірювання, проведені на середовищі після додавання сахарози та вітамінів, і після додавання As також були ~ 3 мкМ в цій партії. Отже, було зрозуміло, що будь-яка домішка Р, яку вимірювали (~ 3 мкМ, це був високий діапазон), поступала з основними солями, і що всі експерименти містять однаковий P фон (включаючи будь-який P, внесений із культурою інокулі).
У науковій роботі ми показуємо дані одного експерименту багатьох повторених експериментів, який демонструє відсутність росту клітин у середовищах без додавання арсенату чи фосфату (рис. 1). Ці дані наочно демонструють, що штам GFAJ-1 не зміг використати 3 мкМ P для підтримки подальшого росту за відсутності арсенату. Більше того, вміст внутрішньоклітинного Р, визначений для клітин, що вирощували + As / -P, було недостатньо, щоб підтримувати повну потребу P для клітинної функції.
Примітка щодо культивування: Усі експерименти були розпочаті з інокуляцією в умовах підтримуваних + As / -P. До експериментів клітини вирощували протягом тривалого часу протягом кількох поколінь з однієї колонії, вирощеної на твердих середовищах без доданого фосфату. До цього їх вирощували як збагачення понад 10 передач і завжди в нове середовище, яке було + As / -P. Отже, ми вважаємо, що П. не має значного перенесення. Ми також стверджуємо, що не було б достатньо стільникового P для підтримки додаткового зростання на основі внутрішнього пулу рециркуляції P.
Запитання: Чи хотіли б ви ще чогось, щоб громадськість зрозуміла про ваше дослідження чи про науковий процес?
Відповідь: Для всіх нас, усієї нашої команди, що це таке було неможливо уявити. Ми - група вчених, які зібралися, щоб вирішити справді цікаву проблему. Кожен з нас використовував свої таланти - від технічної майстерності до інтелектуальної дискусії, щоб об’єктивно визначити, що саме відбувається в наших експериментах. Ми вільно визнавали в газеті та пресі, що нам належить зробити ще багато, ще багато роботи, а також цілу низку інших вчених. До прес-конференції був навіть технічний експерт, доктор Стівен Беннер, який висловив деякі проблеми, на які ми відповіли вище. Частина нашої причини для того, щоб цю роботу донести до громади, полягала в тому, щоб зробити інтелектуальні та технічні зв’язки для більшої співпраці, щоб відповісти на багато затятих питань. Ми були прозорими з нашими даними та показали кожну дату та цікавий результат. Висновки нашої роботи ґрунтуються на тому, що, на наш погляд, було найбільш сприятливим способом інтерпретації низки експериментів, коли жоден експеримент не зміг би дати відповідь на велике питання. "Чи може мікроб використовувати миш'як замість фосфору для підтримки його зростання?" Найкраща наука відкриває перед нами як спільноту нові питання та викликає інтерес та уяву широкої громадськості. Як комунікатори та представники науки, ми вважаємо, що підтримка нових ідей з даними є критично важливою, але також для створення нових ідей для того, щоб інші могли замислитись і принести свої таланти.
Ми з нетерпінням чекаємо співпраці з іншими вченими, або безпосередньо, або зробивши клітини вільно доступними та надавши зразки ДНК відповідним експертам для їх аналізу, намагаючись надати більш глибоке розуміння цієї інтригуючої знахідки.
Список літератури
1. Т. Г. Річмонд, Дж. Р. Джонсон, Дж. О. Едвардс, П. Х. Рігер, Авст. Дж. Хім. 30, 1187 (1977).
2. C. D. Baer, J. Rieger, Inorg. 20, 905 (1981).
3. Ж.-М. Ремесла, Бик. Соц. Чим. О. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Джерело: веб-сайт Феліси Вольф-Саймон, Залізна Ліза
