Phản ứng dữ dội từ tờ báo về cuộc sống arsenic của người Hồi giáo được xuất bản vào ngày 2 tháng 12, vẫn đang tiếp diễn. Một số lời chỉ trích là về khoa học, trong khi nhiều lời chỉ trích hơn là về mức độ bao phủ của tin tức và cách NASA giới thiệu, hay chọc ghẹo công chúng với tin tức, bằng cách sử dụng từ ngữ ast astrobiology, và cuộc sống ngoài trái đất thông báo về một cuộc họp báo sắp tới. Hôm nay, tại hội nghị của Hiệp hội Địa vật lý Hoa Kỳ, một trong những nhà khoa học của nhóm, Ron Oremland đã thảo luận về bụi phóng xạ từ tin tức, và tôi sẽ sớm đưa ra một cái nhìn tổng quan về điều đó. Gần như cùng lúc, nhóm khoa học đưa ra một tuyên bố và một số Câu hỏi thường gặp về bài báo khoa học. Dưới đây là tuyên bố đó và thông tin mà nhóm khoa học cung cấp.
Trả lời các câu hỏi liên quan đến bài báo khoa học, một loại vi khuẩn có thể phát triển bằng cách sử dụng thạch tín thay vì phốt pho
-Như ngày 16 tháng 12 năm 2010-
Một bài báo nghiên cứu được xuất bản ngày 2 tháng 12 năm 2010 bởi tạp chí Science đã cung cấp một số bằng chứng, gọi chung là một loại vi khuẩn được phân lập từ hồ California Mon Mono có thể thay thế asen cho một tỷ lệ nhỏ phốt pho và duy trì sự phát triển của nó.
Phát hiện này rất đáng ngạc nhiên bởi vì sáu nguyên tố, carbon, oxy, hydro, nitơ, lưu huỳnh và phốt pho, chiếm phần lớn các phân tử hữu cơ trong vật chất sống, bao gồm axit nucleic, protein và lipid. Do đó, các nhà khoa học không liên kết với nhóm nghiên cứu đã đặt ra những câu hỏi thách thức thích hợp về nghiên cứu.
Một mục đích chính của xuất bản học thuật là để thúc đẩy khoa học bằng cách trình bày dữ liệu thú vị và đề xuất các giả thuyết có thể kiểm chứng. Có thể hiểu, những phát hiện đáng ngạc nhiên nhất có xu hướng tạo ra phản ứng và sự xem xét kỹ lưỡng nhất từ cộng đồng khoa học. Các phản hồi sau xuất bản đối với nghiên cứu ban đầu, và nỗ lực kiểm tra và nhân rộng các kết quả, đặc biệt là trong các trường hợp phát hiện bất ngờ, là một cơ chế thiết yếu để thúc đẩy kiến thức khoa học.
Các biên tập viên khoa học hiện đã nhận được một số bình luận kỹ thuật và thư phản hồi bài báo, Vi khuẩn A có thể phát triển bằng cách sử dụng thạch tín thay vì phốt pho, bởi Felisa Wolfe-Simon và các đồng nghiệp. Các ý kiến và phản hồi sẽ được xem xét và chúng tôi sẽ công bố chúng trong số báo Khoa học trong tương lai.
Trong khi đó, trong nỗ lực thúc đẩy sự hiểu biết của công chúng về công việc, bài báo nghiên cứu và một mẩu tin liên quan đã được cung cấp miễn phí cho công chúng thông qua trang web Khoa học cho tháng tới. Những bài viết có thể được tìm thấy trực tuyến ở đây:
Nhóm Wolfe-Simon, đưa ra giả thuyết rằng có lẽ một số vi khuẩn có thể sử dụng asen hoặc dung nạp một số thay thế cho phốt pho trong các phân tử hữu cơ, thu thập vi khuẩn từ hồ Mono giàu arsenic và sau đó loại bỏ chúng khỏi phốt pho, thay vào đó chúng cho chúng ăn arsenic. Nhóm nghiên cứu đã báo cáo rằng họ đã thực hiện các bước để loại trừ bất kỳ ô nhiễm phốt pho nào. Họ kết luận rằng bằng chứng của họ cho thấy asen đã thay thế một tỷ lệ nhỏ phốt pho trong DNA của họ.
Các loại bằng chứng đã được các tác giả mô tả, bao gồm:
* Phương pháp quang phổ khối plasma kết hợp tự cảm.
Các tác giả đã báo cáo rằng những kết quả này cho thấy asen nằm trong tế bào vi khuẩn, cho thấy nó không chỉ đơn thuần là một chất gây ô nhiễm được dán bên ngoài các tế bào;
* Ghi nhãn phóng xạ của asen.
Nhóm Wolfe-Simon, cho biết bằng chứng này cho phép họ phát hiện ra chất độc hại thông thường trong protein, lipid, axit nucleic và các phần chuyển hóa của các tế bào, cho thấy nó đã được đưa vào các phân tử tạo thành từng phân đoạn.
* Phổ khối ion thứ cấp có độ phân giải cao của DNA sau khi được tách ra khỏi vi khuẩn.
Các tác giả báo cáo rằng bằng chứng này cho thấy DNA bị cô lập vẫn chứa asen.
* Phân tích tia X cường độ cao (synchrotron).
Dựa trên bằng chứng này, các tác giả đã kết luận rằng asen trong vi khuẩn dường như đã thay thế phốt phát trong DNA và các phân tử khác.
Các câu hỏi về các phát hiện đã có xu hướng tập trung vào việc liệu vi khuẩn đã thực sự kết hợp asen vào DNA và liệu các vi khuẩn đã hoàn toàn ngừng tiêu thụ phốt pho. Trong khi nhóm nghiên cứu muốn giải quyết các câu hỏi thông qua quy trình đánh giá ngang hàng, Felisa Wolfe-Simon và Ron Oremland đã cung cấp một số thông tin bổ sung ở đây dưới dạng dịch vụ công cộng, và để làm rõ dữ liệu và quy trình của họ. Khoa học nhấn mạnh rằng những phản hồi này chưa được đánh giá ngang hàng; chúng chỉ được cung cấp thay mặt cho các tác giả như một dịch vụ thông tin công cộng trong khi đánh giá chính thức hơn về phản hồi của họ đối với các bình luận gửi tới Science.
Hỏi đáp sơ bộ
Câu hỏi: Một số người đã đặt câu hỏi liệu DNA đã được làm sạch đầy đủ bằng kỹ thuật của bạn bằng cách sử dụng điện di gel, để tách nó khỏi các phân tử khác. Bạn có cảm thấy đây là một mối quan tâm hợp lệ?
Câu trả lời:
Giao thức chiết tách và tinh chế DNA của chúng tôi bắt đầu với các tế bào được rửa sạch, được tạo thành từ phương tiện truyền thông. Sau đó, chúng phải tuân theo một giao thức trích xuất DNA tiêu chuẩn, bao gồm nhiều bước phenol chloroform để loại bỏ tạp chất, bao gồm bất kỳ arsenate chưa hợp nhất (As). Sau đó, DNA được điện di, tiếp tục tách DNA khỏi tạp chất. Bất kỳ phần dư nào Như từ môi trường sẽ được loại bỏ bằng cách rửa các tế bào trước khi chiết và bằng cách phân chia thành pha nước trong 3 bước phenol: chloroform trong quá trình chiết. Nếu As được kết hợp vào lipid hoặc protein, nó sẽ được phân chia thành các phân đoạn phenol, phenol: chloroform hoặc chloroform. Ngoài ra, DNA được chiết xuất theo cách này trên các mẫu khác cũng được sử dụng thành công trong các phân tích tiếp theo, bao gồm cả PCR, đòi hỏi DNA tinh khiết cao.
Asen được đo bằng NanoSIMS trong dải gel phù hợp với các phép đo khác của chúng tôi và một bằng chứng khác.
Thí nghiệm 73AsO43- được dán nhãn phóng xạ của chúng tôi cho thấy rằng tổng số phóng xạ liên quan đến các viên tế bào 11,0% ± 0,1% có liên quan đến phần DNA / RNA. Điều này chỉ ra rằng chúng ta nên mong đợi một số arsenate của tổng số hồ liên kết với các axit nucleic. Để giải thích những dữ liệu này, chúng tôi đã kết hợp cách giải thích của chúng tôi với bằng chứng EXAFS của chúng tôi cho thấy rằng arsen nội bào là As (V) liên kết với C, và không có dung dịch dưới dạng ion. Điều này cho thấy As là trong, một phân tử hữu cơ có khoảng cách liên kết phù hợp với môi trường hóa học tương tự như phốt phát (Figs. 3A, S3 chiều dài liên kết bảng). Hỗ trợ thêm cho việc giải thích của chúng tôi về hai phân tích được đề cập trước đó, chúng tôi đã sử dụng một dòng bằng chứng thứ ba từ NanoSIMS, một kỹ thuật hoàn toàn khác với hai phân tích còn lại. Chúng tôi tìm thấy asen nguyên tố (được đo bằng NanoSIMS) liên kết với dải gel lớn hơn hai lần so với nền trong gel. Dựa trên các cuộc thảo luận ở trên, chúng tôi không cảm thấy đây là một mối quan tâm hợp lệ.
Câu hỏi: Những người khác đã lập luận rằng DNA liên kết arsenate nên nhanh chóng bị phá vỡ khi tiếp xúc với nước. Bạn có thể giải quyết điều này?
Câu trả lời:
Chúng tôi không biết về bất kỳ nghiên cứu nào đề cập đến arsenate bị ràng buộc trong polyesters chuỗi dài hoặc nucleotide di- hoặc tri-este của arsenate, có liên quan trực tiếp đến nghiên cứu của chúng tôi. Các nghiên cứu được công bố đã chỉ ra rằng este arsen đơn giản có tốc độ thủy phân cao hơn nhiều so với este phốt phát (1-3). Các thí nghiệm được công bố cho đến nay đã xem xét cụ thể việc trao đổi hoặc thủy phân các tri-este của arsenate [Eqn. 1] và các di-este của arsenit [Eqn. 2]:
OAs (HOẶC) 3 + H2O? OAs (OH) (HOẶC) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (HOẶC) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (HOẶC) + ROH [2]
Trong đó R = metyl, etyl, n-pentyl và isopropyl. Tài liệu tham khảo 2 đã chứng minh rằng tốc độ thủy phân đối với các chất phản ứng alkyl đơn giản của arsenate đã giảm khi tăng chiều dài chuỗi carbon (độ phức tạp) của nhóm thế alkyl (methyl> ethyl> n-pentyl> isopropyl). Không có công trình nào được thực hiện về tốc độ thủy phân của các nucleotide liên kết arsenate hoặc các moóc có liên quan sinh học khác.
Nếu xu hướng tỷ lệ thủy phân được báo cáo trong Ref. 2 tiếp tục các chất hữu cơ có trọng lượng lớn hơn, chẳng hạn như các chất hữu cơ được tìm thấy trong các phân tử sinh học, có thể hình dung rằng các chất sinh học liên kết với arsenate có thể có khả năng chống thủy phân hơn so với suy nghĩ trước đây. Các hợp chất mô hình nhỏ được điều tra trong Refs. 1-3 tương đối linh hoạt và có thể dễ dàng áp dụng hình học lý tưởng cho nước để tấn công liên kết arseno-ester. Tuy nhiên, các este asen của các phân tử sinh học lớn có khả năng bị cản trở nhiều hơn dẫn đến tốc độ thủy phân chậm hơn.
Loại ràng buộc không gian này đối với tốc độ phản ứng chiếm tỷ lệ rộng được thấy trong hành vi của một số nucleotide liên kết phốt phát. Trong ribozyme nhỏ, các liên kết phophodiester tại vị trí xúc tác có thể bị thủy phân theo thứ tự hàng chục giây (với tốc độ hóa học là 1 s-1). Sự tăng cường tốc độ này đạt được bằng cách định hướng mối liên kết cho cuộc tấn công nội tuyến bằng một nucleophile (một nhóm 2 ′ hydroxyl liền kề). Hơn nữa, các mẫu tự phân hủy phù hợp với thành phần cơ sở cụ thể. Mặt khác, tốc độ thủy phân đối với các liên kết phosphodiester trong dạng song song của RNA là nhiều bậc có độ lớn chậm hơn, bởi vì các liên kết này không thể truy cập dễ dàng vào hình học cần thiết cho quá trình thủy phân.
Tốc độ trong DNA có thể chậm hơn nhiều so với các hợp chất mô hình do các ràng buộc hình học được đặt trên xương sống bởi đường xoắn ốc.
Động lực của quá trình thủy phân các biopolyme liên kết arsenate rõ ràng là một lĩnh vực mà nhiều nghiên cứu được bảo hành.
Câu hỏi: Có thể là muối trong môi trường phát triển của bạn có thể đã cung cấp đủ phốt pho để duy trì vi khuẩn?
Câu trả lời:
Dữ liệu và ghi nhãn mẫu trong Bảng S1 đã gây ra một số nhầm lẫn. Để làm rõ, đối với mọi thí nghiệm, một mẻ nước hồ Mono nhân tạo duy nhất được tạo ra với công thức sau: Muối AML60, không P, không As, không glucose, không vitamin. Bảng S1 cho thấy các ví dụ về các phép đo ICPMS của phốt pho nguyên tố (~ 3 KhănM) và arsenate được thực hiện trên công thức này trước khi bổ sung thêm. Sau đó, chúng tôi đã thêm glucose và vitamin cho cả ba phương pháp điều trị và cả phương pháp điều trị + As hoặc P cho phương pháp điều trị + P. Các phép đo P được thực hiện trên môi trường sau khi bổ sung sucrose và vitamin và sau khi thêm As cũng là ~ 3 GIỜ trong đợt này. Do đó, rõ ràng rằng bất kỳ tạp chất P nào được đo (~ 3, M, đây là phạm vi cao) xuất hiện với các muối chính và tất cả các thí nghiệm đều chứa nền P giống hệt nhau (bao gồm cả P được đưa vào trong môi trường nuôi cấy).
Trong bài báo Khoa học, chúng tôi hiển thị dữ liệu từ một thí nghiệm của nhiều thí nghiệm được nhân rộng cho thấy không có sự phát triển của các tế bào trong môi trường mà không cần thêm arsenate hoặc phosphate (Hình 1). Những dữ liệu này chứng minh rõ ràng rằng chủng GFAJ-1 không thể sử dụng 3 PẠM P để hỗ trợ sự tăng trưởng hơn nữa trong trường hợp không có arsenate. Hơn nữa, hàm lượng P nội bào được xác định cho các tế bào tăng trưởng + As / -P là không đủ để hỗ trợ đầy đủ yêu cầu của P đối với chức năng của tế bào.
Lưu ý về nuôi cấy: Tất cả các thí nghiệm được bắt đầu với inocula từ các điều kiện duy trì + As / -P. Trước các thí nghiệm, các tế bào đã được phát triển lâu dài, trong nhiều thế hệ từ một thuộc địa duy nhất được phát triển trên môi trường rắn không có thêm phốt phát. Trước đó, chúng được phát triển như một cách làm giàu cho hơn 10 lần chuyển và luôn chuyển sang phương tiện mới là + As / -P. Do đó, chúng tôi cảm thấy rằng không có sự chuyển giao đáng kể của P. Chúng tôi cũng lập luận rằng sẽ không có đủ tế bào P để hỗ trợ tăng trưởng bổ sung dựa trên nhóm tái chế nội bộ của P.
Câu hỏi: Có điều gì khác mà bạn thích cho công chúng hiểu về nghiên cứu của bạn, hoặc về quy trình khoa học không?
Câu trả lời: Đối với tất cả chúng tôi, toàn bộ đội ngũ của chúng tôi, điều này giống như là không thể tưởng tượng được. Chúng tôi là một nhóm các nhà khoa học đã cùng nhau giải quyết một vấn đề thực sự thú vị. Chúng tôi từng sử dụng tài năng của mình, từ năng lực kỹ thuật đến thảo luận trí tuệ, để xác định một cách khách quan những gì chính xác đang xảy ra trong các thí nghiệm của chúng tôi. Chúng tôi tự do thừa nhận trên báo và trên báo chí rằng còn rất nhiều việc phải làm của chúng tôi và một loạt các nhà khoa học khác. Cuộc họp báo thậm chí bao gồm một chuyên gia kỹ thuật, Tiến sĩ Steven Benner, người đã lên tiếng về một số mối quan tâm mà chúng tôi đã trả lời ở trên. Một phần lý do của chúng tôi để đưa công việc này đến cộng đồng là để tạo ra các kết nối trí tuệ và kỹ thuật để hợp tác nhiều hơn để trả lời nhiều câu hỏi còn sót lại. Chúng tôi minh bạch với dữ liệu của mình và cho thấy mọi mốc thời gian và kết quả thú vị. Kết luận trên giấy của chúng tôi dựa trên những gì chúng tôi cảm thấy là cách khôn ngoan nhất để diễn giải một loạt các thí nghiệm trong đó không có thí nghiệm đơn lẻ nào có thể trả lời câu hỏi lớn. Một loại vi khuẩn có thể sử dụng asen thay cho phốt pho để duy trì sự phát triển của nó? Khoa học tốt nhất mở ra những câu hỏi mới cho chúng ta như một cộng đồng và làm nổi bật sự quan tâm và trí tưởng tượng của công chúng. Là nhà truyền thông và đại diện của khoa học, chúng tôi cảm thấy rằng sự hỗ trợ của các ý tưởng mới với dữ liệu là rất quan trọng nhưng cũng tạo ra những ý tưởng mới để người khác suy nghĩ và phát huy tài năng của họ.
Chúng tôi mong muốn được làm việc với các nhà khoa học khác, trực tiếp hoặc bằng cách cung cấp các tế bào miễn phí và cung cấp các mẫu DNA cho các chuyên gia thích hợp cho các phân tích của họ, trong nỗ lực cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về phát hiện hấp dẫn này.
Người giới thiệu
1. T. G. Richmond, J. R. Johnson, J. O. Edwards, P. H. Rieger, Aust. J. Hóa. 30, 1187 (1977).
2. C. D. Baer, J. Rieger, Inorg. 20, 905 (1981).
3. J.-M. Thủ công, Bull. Sóc. Chim. Cha 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Hóa sinh 23, 955 (1984).
Nguồn: Trang web Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
