הפיגוע ממאמר "חיי הארסן" שפורסם ב -2 בדצמבר, עדיין נמשך. חלק מהביקורות התייחסו למדע, בעוד שביקורת רבה יותר הייתה על סיקור החדשות וגם על האופן שבו נאס"א הציגה, או "הקניטה" את הציבור בחדשות, תוך שימוש במילים "אסטרוביולוגיה" ו"חיים מחוץ לכדור הארץ "בשלהם. הודעה על מסיבת עיתונאים קרובה. היום, בכנס האיחוד הגיאופיזי האמריקני, אחד מדעני הצוות, רון אורמלנד דן בנפילה מהסיקור החדשותי, ואביא סקירה על כך בקרוב. בערך באותה עת, צוות המדע פרסם הצהרה וכמה שאלות נפוצות בנושא מאמר המדע. להלן הצהרה זו והמידע שצוות המדע סיפק.
תשובה לשאלות הנוגעות למאמר המדע, "חיידק שיכול לצמוח באמצעות ארסן במקום זרחן"
החל מיום 16 בדצמבר 2010-
מאמר מחקרי שפורסם ב -2 בדצמבר 2010 על ידי כתב העת Science סיפק מספר שורות של ראיות, והצביעו באופן קולקטיבי כי חיידק שמבודד מאגם מונו בקליפורניה יכול להחליף ארסן בכמות של אחוז קטן מהזרחן שלו ולשמור על צמיחתו.
ממצא זה היה מפתיע מכיוון ששישה יסודות - פחמן, חמצן, מימן, חנקן, גופרית וזרחן - מהווים את מרבית המולקולות האורגניות בחומר חי, כולל חומצות גרעין, חלבונים וליפידים. מדענים שאינם קשורים לצוות המחקר שאלו אפוא שאלות מאתגרות כראוי בנוגע למחקר.
מטרת המפתח של פרסום מדעי היא לקדם את המדע על ידי הצגת נתונים מעניינים ולהציע השערות ניתנות לבחינה. מובן, כי הממצאים המפתיעים ביותר נוטים לייצר את התגובה והבדיקה העזים ביותר מהקהילה המדעית. תגובות שלאחר הפרסום למחקר מקורי, ומאמצים לבחון ולשכפל את התוצאות, במיוחד במקרים של ממצאים בלתי צפויים, הם מנגנון חיוני לקידום הידע המדעי.
עורכי המדע קיבלו כעת מספר הערות ומכתבים טכניים בתגובה למאמר "חיידק שיכול לצמוח באמצעות ארסן במקום זרחן", מאת פליסה וולף-סימון ועמיתיו. ההערות והתגובות יעברו סקירה ואנחנו נפרסם אותן בגיליון עתידי של המדע.
בינתיים, במאמץ לקדם את ההבנה הציבורית של היצירה, מאמר המחקר וכתבת חדשות קשורה הועמדו לרשות הציבור באופן חופשי באמצעות אתר המדע לחודש הבא. מאמרים אלה ניתן למצוא באופן מקוון כאן:
צוות וולף-סימון, שתיאורזה שאולי חיידקים מסוימים יוכלו להשתמש בארסן או לסבול תחליף מסוים לזרחן במולקולות אורגניות, אסף חיידקים מאגם מונו העשיר בארסן ואז גנבו אותם בהדרגה מהזרחן, והאכילו אותם בארסן במקום זאת. הצוות דיווח כי נקטו בצעדים כדי לשלול כל זיהום בזרחן. הם הגיעו למסקנה כי עדויותיהם העלו כי ארסן החליף אחוז קטן מהזרחן ב- DNA שלהם.
עדויות מסוגים שונים תוארו על ידי המחברים, כולל:
* ספקטרומטריית מסת פלזמה צמודת אינדוקטיבית.
המחברים דיווחו כי תוצאות אלה גילו כי ארסן נמצא בתאים חיידקיים, מה שמרמז שהוא לא היה רק מזהם שנדבק בחלקו החיצוני של התאים;
* תיוג רדיואקטיבי של ארסן.
הצוות של וולף-סימון אמר כי עדויות אלה מאפשרות להם לאתר את החומר הרעיל בדרך כלל בתוך שברים של חלבון, ליפיד, גרעין ומטבוליט של התאים, והצביעו על כך שהוא נלקח למולקולות שיצרו כל חלק.
* ספקטרומטריית מסת יון משנית ברזולוציה גבוהה של ה- DNA לאחר שהופרדה מהחיידק.
הכותבים דיווחו כי עדויות אלה הציעו כי ה- DNA המבודד עדיין מכיל ארסן.
* ניתוח רנטגן בעוצמה גבוהה (סינכרוטרון).
בהתבסס על עדות זו, החוקרים הגיעו למסקנה כי נראה כי ארסן בחיידקים מחליף פוספטים ב- DNA ומולקולות אחרות.
שאלות לגבי הממצאים נטו להתמקד בשאלה אם החיידק באמת שילב ארסן בתוך ה- DNA והאם החיידקים הפסיקו לחלוטין לצרוך זרחן. בעוד שהצוות מעדיף להתייחס לשאלות בתהליך שנבדק על ידי עמיתים, פליסה וולף-סיימון ורון אורמלנד סיפקו כאן מידע נוסף כשירות ציבורי, ולהבהיר את הנתונים והנהלים שלהם. המדע מדגיש כי תגובות אלה לא נבדקו על ידי עמיתים; הם ניתנים בשם הכותבים רק כשירות מידע ציבורי, בעוד שנמשכת סקירה רשמית יותר של תגובותיהם לתגובות שנשלחו למדע.
שאלות ותשובות מקדימות
שאלה: יש אנשים ששאלו האם ה- DNA נקה מספיק בטכניקה שלך באמצעות אלקטרופורזה ג'ל, כדי להפריד אותה ממולקולות אחרות. האם אתה מרגיש שמדובר בדאגה תקפה?
תשובה:
פרוטוקול מיצוי וטיהור ה- DNA שלנו מתחיל בתאים שטופים, גלולות מהתקשורת. לאחר מכן נתונים אלה לפרוטוקול מיצוי DNA סטנדרטי, שכלל מספר שלבים של פנול כלורופורם להסרת זיהומים, כולל כל ארסנאט שאינו מאוחד (As). לאחר מכן, ה- DNA עבר אלקטרופורזה, והפריד עוד יותר את ה- DNA מזיהומים. כל שארית אמצעי התקשורת הייתה מוסרת על ידי שטיפת התאים לפני החילוץ ועל ידי חלוקה לשלב המימי במהלך שלבי הפנול: כלורופורם במיצוי. אם As היה משולב בשומנים או חלבונים, הוא היה מחולק לשברים של הפנול, הפנול: כלורופורם או כלורופורם. בנוסף, DNA שהוצא באופן זה על דגימות אחרות שימש בהצלחה גם בניתוחים נוספים, כולל PCR, הדורשים DNA מטוהר מאוד.
הארסן שנמדד על ידי NanoSIMS ברצועת הג'ל עולה בקנה אחד עם המדידות האחרות שלנו ושורת הוכחות נוספת.
הניסוי שלנו, 73AsO43-רדיואליסטי, הראה כי מכלל הרדיו המסוים הקשור לגלולה התאית 11.0% ± 0.1% היה קשור לשבר ה- DNA / RNA. זה הצביע על כך שעלינו לצפות לחמצן כלשהו מכל הבריכה הקשורה לחומצות הגרעין. כדי לפרש נתונים אלה, חיברנו את הפרשנות שלנו עם הראיות של EXAFS שלנו המצביעות על כך שארסן תוך-תאי היה As (V) כבול ל- C, ואינו חופשי בתמיסה כיון. זה מצביע על כך שכפי שנמצא בתוך, מולקולה אורגנית עם מרחקי קשר, התואמת לסביבה כימית המקבילה לפוספט (איורים 3A, טבלת "אורך הקשר" S3). בהמשך לתמיכה בפרשנות שלנו לשני הניתוחים שהוזכרו קודם, השתמשנו בשורת עדויות שלישית מ- NanoSIMS, טכניקה שונה לחלוטין מהשניים האחרים. אנו מוצאים ארסן אלמנטרי (כפי שנמדד על ידי NanoSIMS) הקשור לפס הג'ל שהוא יותר מפי שניים מהרקע בג'ל. בהתבסס על הדיון לעיל, איננו חשים שמדובר בדאגה תקפה.
שאלה: אחרים טענו כי די.אן.איי צמוד לארסן היה צריך להתפרק במהירות כשנחשף למים. האם תוכל לטפל בזה?
תשובה:
איננו מודעים למחקרים המתייחסים לארסן המחובר בפוליאסטרים ארוכי שרשרת או נוקלאוטיד דיאסטרים או ארסטרים של ארסן, שיהיו רלוונטיים ישירות למחקר שלנו. מחקרים שפורסמו הראו כי לאסטני ארסן פשוטים יש שיעורי הידרוליזה גבוהים בהרבה מאסטרים פוספטיים (1-3). הניסויים שפורסמו עד כה בדקו באופן ספציפי את חילופי או הידרוליזה של אסטריל טרי-אסטרים של ארסן [Eqn. 1] ואלסטרים של אלקיל של ארסן [Eqn. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
כאשר R = מתיל, אתיל, n-pentyl ו- isopropyl. הפניה 2 הדגימה כי שיעורי ההידרוליזה עבור טסטרי אלקיל פשוטים אלה של ארסנאט פחתו עם הגדלת אורך שרשרת הפחמן (המורכבות) של תחליף האלקיל (מתיל> אתיל> n-pentyl> isopropyl). לא נעשתה כל עבודה על שיעורי ההידרוליזה של נוקליאוטידים הקשורים בארסן או חלקים אחרים רלוונטיים מבחינה ביולוגית.
אם מגמת השיעור ההידרוליטי המדווחת בספר. 2 ממשיך לאורגניים אורגניים בעלי משקל גדול יותר, כמו אלו שנמצאים בביולוגיות, ניתן להעלות על הדעת שביו-פולימרים הקשורים בארסן עשויים להיות עמידים יותר להידרוליזה ממה שחשבו בעבר. תרכובות המודל הקטן שנחקרו ב- Refs. 1-3 הם יחסית גמישים ויכולים לאמץ בקלות את הגיאומטריה האידיאלית למים כדי לתקוף את הקשר הארסן-אסטר. אסטרים של ארסן של מולקולות ביו גדולות, לעומת זאת, עשויים להפריע בצורה יותר סטרלית, מה שמוביל לשיעורים נמוכים יותר של הידרוליזה.
אילוץ סטרילי מסוג זה על קצב התגובה מהווה מגוון רחב של שיעורים הנראים בהתנהגותם של כמה נוקליאוטידים הקשורים לפוספט. בריבוזימים קטנים ניתן לקיים הידרוליזה של קישוריות הפופודיסטר באתר הקטליזה בסדר גודל של עשרות שניות (עם קצב כימי של 1 s-1). שיפור קצב זה מושג על ידי כיוון ההצמדה להתקפה בשורה על ידי נוקלאופיל (קבוצת הידרוקסיל צמודת 2 ′). יתר על כן, דפוסי ההריסות האוטומטיות עולים בקנה אחד עם הרכב הבסיס הספציפי. מצד שני, שיעורי ההידרוליזה עבור קשרי פוספודיאסטר בצורת דופלקסים של RNA הם סדרי גודל רבים איטי יותר, מכיוון שקישורים אלה אינם יכולים לגשת בקלות לגאומטריה הנחוצה להידרוליזה.
השיעורים ב- DNA עשויים להיות הרבה יותר איטיים מאשר תרכובות דוגמניות בגלל האילוצים הגאומטריים שהוטל על עמוד השדרה על ידי הסליל.
הקינטיקה של הידרוליזה של ביו-פולימרים צמודי ארסן היא בבירור תחום בו יש צורך במחקר נוסף.
שאלה: האם יתכן שמלחים בתקשורת הגידול שלך יכלו לספק מספיק זרחן בכדי לקיים את החיידק?
תשובה:
הנתונים ותוויות הדגימה בטבלה S1 גרמו לבלבול מסוים. כדי להבהיר, עבור כל ניסוי, נערכה קבוצה אחת של מים מלאכותיים באגם מונו עם הניסוח הבא: מלחי AML60, ללא P, לא As, ללא גלוקוזה, ללא ויטמינים. טבלה S1 מציגה דוגמאות למדידות ICPMS של זרחן אלמנטרי (~ 3 מיקרומטר) וארסן שנוצרו על ניסוח זה לפני כל תוספות נוספות. לאחר מכן הוספנו גלוקוז וויטמינים לכל שלושת הטיפולים וגם לגבי טיפולי + As או P לטיפולים + P. מדידות ה- P שנעשו על המדיום לאחר הוספת סוכרוז וויטמינים ואחרי הוספת As היו גם 3 מיקרומטר בקבוצה זו. לפיכך, היה ברור שכל טומאת P שנמדדה (~ 3 מיקרומטר, זה היה הטווח הגבוה) הגיעה עם המלחים העיקריים, וכי כל הניסויים מכילים רקע P זהה (כולל כל P שהובא עם חיסון התרבות).
במאמר המדע אנו מראים נתונים מניסוי אחד מתוך ניסויים משוכפלים רבים המראים כי אין צמיחה של תאים בתקשורת ללא תוספת ארסן או פוספט (איור 1). נתונים אלה מראים בבירור כי זן GFAJ-1 לא הצליח להשתמש ב- 3μM P כדי לתמוך בצמיחה נוספת בהיעדר ארסן. יתר על כן, תוכן P התוך תאיים שנקבע עבור התאים הגדולים + As / -P לא הספיק כדי לתמוך בדרישה המלאה של P לתפקוד התא.
הערה על טיפוח: כל הניסויים התחילו עם חיסון מתנאי + As / -P מתמשכים. לפני הניסויים, התאים גודלו לטווח ארוך, במשך דורות מרובים ממושבה אחת שגדלה על מדיה מוצקה ללא תוספת פוספט. לפני כן הם גודלו כהעשרה ליותר מעשרה העברות ותמיד למדיום חדש שהיה + As / -P. לפיכך אנו חשים כי אין העברה משמעותית של P. אנו גם טוענים כי לא היה מספיק P סלולרי כדי לתמוך בצמיחה נוספת המבוססת על מאגר מיחזור פנימי של P.
שאלה: האם יש עוד משהו שהיית רוצה שהציבור יבין לגבי המחקר שלך, או לגבי התהליך המדעי?
תשובה: לכולנו, לכל הצוות שלנו, איך זה היה בלתי נתפס. אנו קבוצה של מדענים שהתאגדה להתמודד עם בעיה ממש מעניינת. השתמשנו כל אחד בכישרונות שלנו, החל מהכישורים הטכניים ועד לדיון אינטלקטואלי, כדי לקבוע באופן אובייקטיבי מה בדיוק קורה בניסויים שלנו. הודינו בחופשיות בעיתון ובעיתונות שיש הרבה עבודה הרבה יותר על ידינו ועל שלל מדענים אחרים. במסיבת העיתונאים אף נכלל מומחה טכני, ד"ר סטיבן בנר, שהביע כמה מהחששות עליהם הגבנו לעיל. חלק מהסיבה שלנו להביא לעבודה זו לקהילה הייתה ליצור קשרים אינטלקטואליים וטכניים לשיתופי פעולה נוספים כדי לענות על רבות מהשאלות המתמשכות. היינו שקופים עם הנתונים והראנו כל נתון ותוצאה מעניינת. מסקנות העיתון שלנו מבוססות על מה שלדעתנו הייתה הדרך הפרסימונית ביותר לפרש סדרת ניסויים שבהם אף ניסוי אחד לא יוכל לענות על השאלה הגדולה. "האם חיידק יכול להשתמש בארסן במקום זרחן כדי לקיים את צמיחתו?" המדע הטוב ביותר פותח בפנינו כקהילה שאלות חדשות ומעורר את האינטרס והדמיון של הקהל הרחב. כמתקשרים ומייצגים את המדע, אנו חשים שתמיכה ברעיונות חדשים עם נתונים היא קריטית, אך גם כדי לייצר רעיונות חדשים לאחרים שיוכלו לחשוב עליהם ולהביא את כישוריהם להמשיך.
אנו מצפים לעבוד עם מדענים אחרים, באופן ישיר או באמצעות הפיכת התאים לחופשיות ולספק דגימות DNA למומחים מתאימים לצורך הניתוחים שלהם, במאמץ לספק תובנה רבה יותר לממצא מסקרן זה.
הפניות
1. T. G. Richmond, J. R. Johnson, J. O. Edwards, P. H. Rieger, Aust. ג'יי צ'ם. 30, 1187 (1977).
2. C. D. Baer, J. Rieger, Inorg. 20, 905 (1981).
3. J.-M. מלאכת יד, בול. Soc. צ'ים. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
מקור: אתר האינטרנט של פליסה וולף-סיימון, איירון ליזה
