GFAJ-1 - GFAJ-1
| GFAJ-1 | |
|---|---|
.jpg)
|
|
| Forstørrede celler av bakterien GFAJ-1 dyrket i medium som inneholder arsenat | |
| Vitenskapelig klassifisering | |
| Domene: | |
| Phylum: | |
| Klasse: | |
| Rekkefølge: | |
| Familie: | |
GFAJ-1 er en stamme av stavformede bakterier i familien Halomonadaceae . Det er en ekstremofil som ble isolert fra den hypersaliske og alkaliske Mono-innsjøen i østlige California av geobiologen Felisa Wolfe-Simon , en NASA- stipendiat i USA ved Geological Survey . I en 2010 Science journal publisering, forfatterne hevdet at mikroben, når sultet av fosfor , er i stand til å erstatte arsen for en liten prosentandel av sine fosfor for å opprettholde sin vekst. Umiddelbart etter publisering uttrykte andre mikrobiologer og biokjemikere tvil om denne påstanden som ble kritisert på det sterkeste i det vitenskapelige miljøet. Påfølgende uavhengige studier publisert i 2012 fant ingen påviselig arsenat i DNA av GFAJ-1, tilbakeviste påstanden og demonstrerte at GFAJ-1 rett og slett er en arsenatresistent, fosfatavhengig organisme.
Oppdagelse
GFAJ-1-bakterien ble oppdaget av geomikrobiologen Felisa Wolfe-Simon , en NASA- astrobiologisk stipendiat i USA ved Geological Survey i Menlo Park, California . GFAJ står for "Gi Felisa en jobb". Organismen ble isolert og dyrket fra og med 2009 fra prøver hun og hennes kolleger samlet fra sedimenter på bunnen av Mono Lake , California, USA Mono Lake er hypersalisk (ca. 90 gram / liter) og svært alkalisk ( pH 9,8). Den har også en av de høyeste naturlige konsentrasjonene av arsen i verden (200 μ M ). Funnet ble mye publisert 2. desember 2010.
Taksonomi og fylogeni
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fylogeni av GFAJ-1 basert på ribosomale DNA- sekvenser. |
Molekylær analyse basert på 16S rRNA- sekvenser viser at GFAJ-1 er nært beslektet med andre moderate halofile ("saltelskende") bakterier i familien Halomonadaceae . Selv om forfatterne produserte et kladogram der stammen er nestet blant medlemmer av Halomonas , inkludert H. alkaliphila og H. venusta , tildelte de ikke eksplisitt stammen til den slekten. Det er kjent at mange bakterier tåler høye nivåer av arsen, og har en tilbøyelighet til å ta det opp i cellene. Imidlertid ble GFAJ-1 kontroversielt foreslått å gå et skritt videre; når det var sultet av fosfor, ble det foreslått å i stedet innlemme arsen i metabolittene og makromolekylene og fortsette å vokse.
Sekvensen til genomet til bakterien GFAJ-1 er nå lagt ut i GenBank .
Arter eller stamme
I Science- tidsskriftartikkelen er GFAJ-1 referert til som en stamme av Halomonadaceae og ikke som en ny art . Den internasjonale koden for nomenklatur for bakterier , regelverket som regulerer taksonomien til bakterier, og visse artikler i International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology inneholder retningslinjene og minimale standarder for å beskrive en ny art, f.eks. De minimale standardene for å beskrive en medlem av Halomonadaceae . Organismer blir beskrevet som nye arter hvis de oppfyller visse fysiologiske og genetiske forhold, slik som generelt mindre enn 97% 16S rRNA- sekvensidentitet til andre kjente arter og metabolske forskjeller som gjør at de kan skilles fra hverandre. I tillegg til indikatorer for å fortelle de nye artene fra andre arter, kreves andre analyser, for eksempel fettsyresammensetning , respiratorisk kinon og toleranseområder og avsetning av stammen i minst to mikrobiologiske repositorier. Nye foreslåtte navn er gitt i kursiv etterfulgt av sp. nov. (og gen. nov. hvis det er en ny slekt i henhold til beskrivelsene av den kladen ).
I tilfelle av GFAJ-1-stammen oppfylles ikke disse kriteriene, og det påstås ikke at stammen er en ny art. Når en stamme ikke er tildelt en art (f.eks. På grunn av utilstrekkelig data eller valg), blir den ofte merket som slektsnavnet etterfulgt av "sp." (dvs. ubestemte arter av den slekten) og stamnavnet. I tilfelle av GFAJ-1 valgte forfatterne å referere til stammen bare ved å betegne stammen. Stammer nært knyttet til GFAJ-1 inkluderer Halomonas sp. GTW og Halomonas sp. G27, ingen av disse ble beskrevet som gyldige arter. Hvis forfatterne formelt hadde tildelt stammen GFAJ-1 til slekten Halomonas , ville navnet bli gitt som Halomonas sp. GFAJ-1.
Den Genome Taksonomi Database tildeler gfaj-1 sine egne tentative arter, Halomonas sp002966495 . Dette betyr at stammen faller fylogenetisk inn i Halomonas , og dens likhet med hele genomet sammenlignet med andre definerte arter av slekten er lav nok. Verken stamme GTW eller stamme G27 har et genom tilgjengelig for databasen for å kjøre klassifiseringen.
Biokjemi
Et fosforfritt vekstmedium (som faktisk inneholdt 3,1 ± 0,3 μM restfosfat, fra urenheter i reagenser) ble brukt til å dyrke bakteriene i et regime med økende eksponering for arsenat ; det opprinnelige nivået på 0,1 mM ble til slutt rampet opp til 40 mM. Alternative medier brukt til komparative eksperimenter inneholdt enten høye nivåer av fosfat (1,5 mM) uten arsenat, eller hadde verken tilsatt fosfat eller tilsatt arsenat. Det ble observert at GFAJ-1 kunne vokse gjennom mange doblinger i celletall når den ble dyrket i enten fosfat- eller arsenatmedier, men kunne ikke vokse når den ble plassert i et medium med en lignende sammensetning som verken fosfat eller arsenat ble tilsatt. Fosforinnholdet i de arsenmatede, fosfor-sultede bakteriene (målt ved ICP-MS) var bare 0,019 (± 0,001)% i tørrvekt, en trettiendedel av den når den ble dyrket i fosfatrikt medium. Dette fosforinnholdet var også bare omtrent en tidel av cellens gjennomsnittlige arseninnhold (0,19 ± 0,25 vekt%). Arseninnholdet i celler målt av ICP-MS varierer mye og kan være lavere enn fosforinnholdet i noen eksperimenter, og opptil fjorten ganger høyere i andre. Andre data fra den samme studien innhentet med nano- SIMS antyder et ~ 75 ganger overskudd av fosfat (P) over arsen (As) når det uttrykkes som P: C og As: C-forhold, selv i celler dyrket med arsenat og uten tilsatt fosfat . Når den ble dyrket i arsenatløsningen, vokste GFAJ-1 bare 60% så raskt som den gjorde i fosfatoppløsningen. De fosfat-sultne bakteriene hadde et intracellulært volum 1,5 ganger normalt; det større volumet så ut til å være assosiert med utseendet til store " vakuollignende regioner".
.jpg)
Da forskerne tilførte isotopmerket arsenat til løsningen for å spore distribusjonen , fant de at arsen var til stede i mobilfraksjonene som inneholdt bakteriens proteiner , lipider og metabolitter som ATP , så vel som dets DNA og RNA . Nukleinsyrer fra stasjonære faseceller sultet av fosfor ble konsentrert via fem ekstraksjoner (en med fenol , tre med fenol-kloroform og en med kloroform- ekstraksjonsløsningsmiddel), etterfulgt av etanolutfelling . Selv om direkte bevis på inkorporering av arsen i biomolekyler fremdeles mangler, antydet radioaktivitetsmålinger at omtrent en tidel (11,0 ± 0,1%) av arsenet som ble absorbert av disse bakteriene havnet i fraksjonen som inneholdt nukleinsyrene (DNA og RNA) og alle andre samutfelte forbindelser som ikke ble ekstrahert ved de tidligere behandlingene. Et sammenlignbart kontrolleksperiment med isotopmerket fosfat ble ikke utført. Med distribusjonen av stammen i midten av 2011 begynte andre laboratorier å selvstendig teste gyldigheten av funnet. Rosemary Redfield fra University of British Columbia , etter problemer med vekstforholdene, undersøkte vekstkravene til GFAJ-1, og fant at stammen vokser bedre på fast agarmedium enn i flytende kultur. Redfield tilskrev dette lave kaliumnivåer og antydet at kaliumnivået i basalt ML60-medium kan være for lavt til å støtte vekst. Redfield etter å ha funnet og adressert ytterligere problemer (ionestyrke, pH og bruk av glassrør i stedet for polypropylen) fant at arsenat marginalt stimulerte vekst, men ikke påvirket kulturenes endelige tetthet, i motsetning til det som ble hevdet. Påfølgende studier med massespektrometri fra samme gruppe fant ingen bevis for at arsenat ble innlemmet i DNA av GFAJ-1.
Arsenatesterstabilitet
-3-hydroxybutyrat.svg)
Arsenate estere , slik som de som ville være til stede i DNA , generelt antas å være størrelsesordener mindre stabile overfor hydrolyse enn de tilsvarende fosfatestere . dAMAs, den strukturelle arsenanalogen til DNA-byggesteinen dAMP , har en halveringstid på 40 minutter i vann ved nøytral pH. Estimater av halveringstiden i vann av arsenodiesterbindinger, som vil knytte nukleotidene sammen, er så korte som 0,06 sekunder - sammenlignet med 30 millioner år for fosfodiesterbindinger i DNA. Forfatterne spekulerer i at bakteriene kan stabilisere arsenatestere til en grad ved å bruke poly-β-hydroksybutyrat (som har vist seg å være forhøyet i "vakuolignende regioner" av beslektede arter av slekten Halomonas ) eller på andre måter for å senke den effektive konsentrasjon av vann. Polyhydroksybutyrater brukes av mange bakterier for lagring av energi og karbon under betingelser når vekst er begrenset av andre elementer enn karbon, og ser vanligvis ut som store voksagtige granulater som ligner de "vakuolignende områdene" sett i GFAJ-1-celler. Forfatterne presenterer ingen mekanisme der uoppløselig polyhydroksybutyrat kan senke den effektive konsentrasjonen av vann i cytoplasma tilstrekkelig til å stabilisere arsenatestere. Selv om alle halofiler må redusere vannaktiviteten til cytoplasmaet på noen måter for å unngå uttørking, forblir cytoplasmaet alltid et vandig miljø.
Kritikk
NASAs kunngjøring om en pressekonferanse "som vil påvirke søket etter bevis på utenomjordisk liv" ble kritisert som sensasjonell og misvisende; en lederartikkel i New Scientist kommenterte "selv om oppdagelsen av fremmede liv, hvis det noen gang skjer, ville være en av de største historiene man kan tenke seg, var dette lysår fra det".
I tillegg har mange eksperter som har evaluert artikkelen konkludert med at de rapporterte studiene ikke gir nok bevis til å støtte påstandene fra forfatterne. I en nettartikkel på Slate diskuterte vitenskapskribenten Carl Zimmer skepsisen til flere forskere: "Jeg nådde ut til et dusin eksperter ... Nesten enstemmig tror de NASA-forskerne har unnlatt å komme med sin sak". Kjemiker Steven A. Benner har uttrykt tvil om at arsenat har erstattet fosfat i DNA i denne organismen. Han foreslo at sporingsforurensningene i vekstmediet som brukes av Wolfe-Simon i laboratoriekulturene er tilstrekkelig til å gi fosfor som er nødvendig for cellene DNA. Han mener det er mer sannsynlig at arsen blir bundet andre steder i cellene. University of British Columbia mikrobiolog Rosemary Redfield sa at papiret "ikke presenterer noe overbevisende bevis på at arsen har blitt innlemmet i DNA eller andre biologiske molekyler", og antyder at eksperimentene manglet vasketrinn og kontroller som er nødvendige for å validere konklusjonene sine riktig. . Harvard-mikrobiolog Alex Bradley sa at arsenholdig DNA ville være så ustabil i vann at det ikke kunne ha overlevd analyseprosedyren.
8. desember 2010 publiserte Science et svar fra Wolfe-Simon, der hun uttalte at det var forventet kritikk av forskningen. Som svar ble en " Ofte stilte spørsmål " -side for å forbedre forståelsen av arbeidet lagt ut 16. desember 2010. Teamet planlegger å deponere GFAJ-1-stammen i kultursamlingene ATCC og DSMZ for å tillate utbredt distribusjon. I slutten av mai 2011 har stammen også blitt gjort tilgjengelig på forespørsel direkte fra forfatterens laboratorium. Vitenskapen har gjort artikkelen fritt tilgjengelig. Artikkelen ble publisert på trykk seks måneder etter godkjenning i 3. juni 2011-utgaven av Science . Publikasjonen ble ledsaget av åtte tekniske kommentarer som adresserte ulike bekymringer angående artikkelens eksperimentelle prosedyre og konklusjon, samt et svar fra forfatterne på disse bekymringene. Sjefredaktøren Bruce Alberts har antydet at noen problemer gjenstår, og at løsningen deres sannsynligvis vil være en lang prosess. En gjennomgang av Rosen et al. I mars 2011-utgaven av tidsskriftet BioEssays diskuterer de tekniske problemene med Science- papiret, gir alternative forklaringer og fremhever kjent biokjemi av andre arsenresistente og arseniske mikrober.
27. mai 2011 svarte Wolfe-Simon og hennes team på kritikken i en oppfølging av tidsskriftet Science . I januar 2012 analyserte en gruppe forskere ledet av Rosie Redfield ved University of British Columbia DNA fra GFAJ-1 ved hjelp av væskekromatografi – massespektrometri og kunne ikke oppdage noe arsen, som Redfield kaller en "klar tilbakevisning" av originalens papir. funn. En enkel forklaring på GFAJ-1-veksten i medium levert med arsenat i stedet for fosfat ble gitt av et team av forskere ved University of Miami i Florida. Etter å ha merket ribosomene til en laboratoriestamme av Escherichia coli med radioaktive isotoper (som dannet et radioaktivt sporstoff ), fulgte de bakterievekst i medium som inneholder arsenat, men ikke fosfat. De fant at arsenat induserer massiv nedbrytning av ribosomer, og gir dermed tilstrekkelig fosfat til langsom vekst av arsenattolerante bakterier. Tilsvarende antyder de at GFAJ-1-celler vokser ved å resirkulere fosfat fra nedbrutt ribosomer, i stedet for å erstatte det med arsenat.
Etter publiseringen av artiklene som utfordret konklusjonene i den opprinnelige Science- artikkelen som først beskrev GFAJ-1, argumenterte nettstedet Retraction Watch for at den opprinnelige artikkelen skulle trekkes tilbake på grunn av feil fremstilling av kritiske data. Per mai 2021 er papiret ikke trukket tilbake.
Se også
Referanser
Eksterne linker
- NASA - Offisiell presentasjon 02.12.2010 - Video (56:53) og relatert informasjon. - (3. desember 2010)
- NASA.gov: "NASA-finansiert forskning oppdager livet bygget med giftig kjemikalie" - ( 2. desember 2010 )
- NASA - Astrobiology Magazine: "Searching for Alien Life, on Earth" . - (9. oktober 2009)
- Felisa Wolfe-Simons nettsted