La reacción del artículo de "vida de arsénico" que se publicó el 2 de diciembre todavía está en curso. Algunas de las críticas han sido sobre la ciencia, mientras que muchas más han sido sobre la cobertura de las noticias y también sobre cómo la NASA introdujo, o "provocó" al público con noticias, usando las palabras "astrobiología" y "vida extraterrestre" en sus anuncio de una próxima conferencia de prensa. Hoy, en la conferencia de la American Geophysical Union, uno de los científicos del equipo, Ron Oremland, discutió las consecuencias de la cobertura de noticias, y proporcionaré una visión general de eso en breve. Aproximadamente al mismo tiempo, el equipo científico publicó una declaración y algunas preguntas frecuentes sobre el artículo científico. A continuación se encuentra esa declaración y la información que proporcionó el equipo científico.
Respuesta a preguntas relacionadas con el artículo de Ciencia, "Una bacteria que puede crecer usando arsénico en lugar de fósforo"
-A partir del 16 de diciembre de 2010-
Un artículo de investigación publicado el 2 de diciembre de 2010 por la revista Science proporcionó varias líneas de evidencia, sugiriendo colectivamente que una bacteria aislada del Mono Lake de California puede sustituir el arsénico por un pequeño porcentaje de su fósforo y mantener su crecimiento.
Este hallazgo fue sorprendente porque seis elementos (carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, azufre y fósforo) constituyen la mayoría de las moléculas orgánicas en la materia viva, incluidos los ácidos nucleicos, las proteínas y los lípidos. Por lo tanto, los científicos no afiliados al equipo de investigación han formulado preguntas apropiadamente desafiantes sobre la investigación.
Un propósito clave de la publicación académica es avanzar en la ciencia presentando datos interesantes y proponiendo hipótesis comprobables. Es comprensible que los hallazgos más sorprendentes tienden a generar la respuesta y el escrutinio más intensos de la comunidad científica. Las respuestas posteriores a la publicación a la investigación original, y los esfuerzos para probar y replicar los resultados, especialmente en casos de hallazgos inesperados, son un mecanismo esencial para avanzar en el conocimiento científico.
Los editores científicos han recibido una serie de comentarios técnicos y cartas en respuesta al artículo, "Una bacteria que puede crecer usando arsénico en lugar de fósforo", por Felisa Wolfe-Simon y sus colegas. Los comentarios y respuestas serán revisados, y los publicaremos en un futuro número de Science.
Mientras tanto, en un esfuerzo por promover la comprensión pública del trabajo, el artículo de investigación y una noticia relacionada se han puesto a disposición del público de forma gratuita a través del sitio web de Science durante el próximo mes. Estos artículos se pueden encontrar en línea aquí:
El equipo de Wolfe-Simon, teorizando que quizás algunas bacterias podrían usar arsénico o tolerar alguna sustitución por fósforo en moléculas orgánicas, recolectaron microbios del Mono Lake rico en arsénico y luego los destetaron gradualmente, alimentándolos con arsénico. El equipo informó que tomaron medidas para descartar cualquier contaminación por fósforo. Llegaron a la conclusión de que su evidencia sugería que el arsénico había reemplazado un pequeño porcentaje del fósforo en su ADN.
Los autores describieron varios tipos de evidencia, incluyendo:
* Por inducción de plasma espectrometría de masas.
Los autores informaron que estos resultados revelaron que el arsénico estaba dentro de las células bacterianas, lo que sugiere que no era simplemente un contaminante adherido al exterior de las células;
* Etiquetado radiactivo de arsénico.
El equipo de Wolfe-Simon dijo que esta evidencia les permitió detectar la sustancia normalmente tóxica dentro de las fracciones de proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y metabolitos de las células, lo que sugiere que se había tomado en moléculas que forman cada fracción.
* Espectrometría de masas de iones secundarios de alta resolución del ADN después de haber sido separado de la bacteria.
Los autores informaron que esta evidencia sugiere que el ADN aislado todavía contenía arsénico.
* Análisis de rayos X de alta intensidad (sincrotrón).
Con base en esta evidencia, los autores concluyeron que el arsénico en la bacteria parecía estar reemplazando a los fosfatos en el ADN y otras moléculas.
Las preguntas sobre los hallazgos han tendido a centrarse en si las bacterias realmente habían incorporado arsénico en el ADN y si los microbios habían dejado de consumir fósforo por completo. Si bien el equipo prefiere abordar las preguntas a través de un proceso revisado por pares, Felisa Wolfe-Simon y Ron Oremland han proporcionado información adicional aquí como servicio público y para aclarar sus datos y procedimientos. La ciencia enfatiza que estas respuestas no han sido revisadas por pares; se proporcionan en nombre de los autores solo como un servicio de información pública, mientras continúa una revisión más formal de sus respuestas a los comentarios enviados a Science.
Preguntas y respuestas preliminares
Pregunta: Algunas personas han cuestionado si el ADN se limpió lo suficiente mediante su técnica mediante electroforesis en gel, para separarlo de otras moléculas. ¿Sientes que esta es una preocupación válida?
Responder:
Nuestro protocolo de extracción y purificación de ADN comienza con células lavadas, granuladas de los medios. Luego, se someten a un protocolo estándar de extracción de ADN, que incluye múltiples pasos de cloroformo de fenol para eliminar las impurezas, incluido cualquier arseniato no incorporado (As). Después de esto, el ADN se sometió a electroforesis, separando aún más el ADN de las impurezas. Cualquier As residual del medio se habría eliminado lavando las células antes de la extracción y dividiéndolo en la fase acuosa durante los 3 pasos de fenol: cloroformo en la extracción. Si As se incorporara a un lípido o proteína, se habría dividido en las fracciones fenol, fenol: cloroformo o cloroformo. Además, el ADN extraído de esta manera en otras muestras también se utilizó con éxito en otros análisis, incluida la PCR, que requieren ADN altamente purificado.
El arsénico medido por NanoSIMS en la banda de gel es consistente con nuestras otras mediciones y otra línea de evidencia.
Nuestro experimento marcado con radiofrecuencia 73AsO43 mostró que del total de radiomarcadores asociados con el sedimento celular 11.0% ± 0.1% estaba asociado con la fracción de ADN / ARN. Esto indicó que deberíamos esperar algo de arseniato del conjunto total asociado con los ácidos nucleicos. Para interpretar estos datos, combinamos nuestra interpretación con nuestra evidencia EXAFS que sugiere que el arsénico intracelular estaba unido a As (V) y no estaba libre en solución como un ion. Esto sugiere que el As está adentro, una molécula orgánica con distancias de enlace consistentes con un ambiente químico análogo al fosfato (Figs. 3A, tabla de "longitudes de enlace" S3). Para respaldar aún más nuestra interpretación de los dos análisis mencionados anteriormente, utilizamos una tercera línea de evidencia de NanoSIMS, una técnica completamente diferente de las otras dos. Encontramos arsénico elemental (medido por NanoSIMS) asociado con la banda de gel que es más de dos veces el fondo en el gel. Basado en la discusión anterior, no creemos que sea una preocupación válida.
Pregunta: Otros han argumentado que el ADN unido al arseniato debería haberse desmoronado rápidamente cuando se expuso al agua. ¿Podría abordar esto?
Responder:
No conocemos ningún estudio que aborde el arseniato unido a los poliésteres de cadena larga o los di o triésteres de arseniato de nucleótidos, que serían directamente relevantes para nuestro estudio. Los estudios publicados han demostrado que los ésteres de arsénico simples tienen tasas de hidrólisis mucho más altas que los ésteres de fosfato (1-3). Los experimentos publicados hasta la fecha han examinado específicamente el intercambio o la hidrólisis de triésteres de alquilo de arseniato [Ec. 1] y diésteres alquílicos de arsenito [Ec. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
donde R = metilo, etilo, n-pentilo e isopropilo. La referencia 2 demostró que las tasas de hidrólisis para estos triésteres de alquilo simples de arseniato disminuyeron al aumentar la longitud de la cadena de carbono (complejidad) del sustituyente alquilo (metilo> etilo> n-pentilo> isopropilo). No se ha realizado ningún trabajo sobre las tasas de hidrólisis de nucleótidos unidos a arseniato u otros restos biológicamente relevantes.
Si la tendencia de la tasa hidrolítica reportada en la Ref. 2 continúa con compuestos orgánicos de mayor peso, como los que se encuentran en las biomoléculas, es concebible que los biopolímeros unidos a arseniato puedan ser más resistentes a la hidrólisis de lo que se pensaba anteriormente. Los compuestos modelo pequeños investigados en las Refs. 1-3 son relativamente flexibles y pueden adoptar fácilmente la geometría ideal para que el agua ataque el enlace arseno-éster. Sin embargo, es probable que los ésteres de arseniato de biomoléculas grandes tengan un impedimento estérico mayor que conduzca a tasas de hidrólisis más lentas.
Este tipo de restricción estérica en la velocidad de reacción explica el amplio rango de velocidades observadas en el comportamiento de algunos nucleótidos unidos a fosfato. En ribozimas pequeñas, los enlaces de fosfodiéster en el sitio de catálisis pueden hidrolizarse en el orden de decenas de segundos (con una velocidad química de 1 s-1). Esta mejora de la velocidad se logra orientando el enlace para el ataque en línea por un nucleófilo (un grupo hidroxilo 2 'adyacente). Además, los patrones de autodegradación son consistentes con la composición base específica. Por otro lado, las tasas de hidrólisis para enlaces fosfodiéster en forma de dúplex de ARN son muchos órdenes de magnitud más lentos, porque estos enlaces no pueden acceder fácilmente a la geometría necesaria para la hidrólisis.
Las tasas en el ADN pueden ser mucho más lentas que las de los compuestos modelo debido a las restricciones geométricas impuestas sobre la columna vertebral por la hélice.
La cinética de la hidrólisis de biopolímeros unidos a arseniato es claramente un área donde se justifica más investigación.
Pregunta: ¿Es posible que las sales en sus medios de crecimiento hayan proporcionado suficiente rastro de fósforo para sostener la bacteria?
Responder:
Los datos y el etiquetado de la muestra en la Tabla S1 han causado cierta confusión. Para aclarar, para cada experimento, se hizo un solo lote de agua artificial de Mono Lake con la siguiente formulación: sales AML60, sin P, sin As, sin glucosa, sin vitaminas. La Tabla S1 muestra ejemplos de mediciones de ICPMS de fósforo elemental (~ 3 µM) y arseniato realizado en esta formulación antes de cualquier adición adicional. Luego agregamos glucosa y vitaminas para los tres tratamientos y As para los tratamientos + As o P para los tratamientos + P. Las mediciones de P realizadas en el medio después de la adición de sacarosa y vitaminas y después de la adición de As también fueron ~ 3 µM en este lote. Por lo tanto, estaba claro que cualquier impureza de P que se midió (~ 3 µM, este era el rango alto) entró con las sales principales, y que todos los experimentos contienen un fondo de P idéntico (incluyendo cualquier P introducido con el inóculo de cultivo).
En el artículo de Science, mostramos datos de un experimento de muchos experimentos replicados que demuestran que no hay crecimiento de células en los medios sin arseniato o fosfato agregado (Figura 1). Estos datos demuestran claramente que la cepa GFAJ-1 no pudo utilizar la P 3 µM para soportar un mayor crecimiento en ausencia de arseniato. Además, el contenido de P intracelular determinado para las células cultivadas con + As / -P no fue suficiente para soportar el requerimiento completo de P para la función celular.
Nota sobre el cultivo: Todos los experimentos se iniciaron con inóculos de condiciones sostenidas + As / -P. Antes de los experimentos, las células se habían cultivado a largo plazo, durante varias generaciones a partir de una sola colonia cultivada en medios sólidos sin fosfato añadido. Antes de esto, se cultivaron como un enriquecimiento para más de 10 transferencias y siempre en un nuevo medio que era + As / -P. Por lo tanto, consideramos que no existe una transferencia significativa de P. También argumentamos que no habría habido suficiente P celular para soportar un crecimiento adicional basado en un grupo de reciclaje interno de P.
Pregunta: ¿Hay algo más que le gustaría que el público entienda sobre su investigación o sobre el proceso científico?
Responder: Para todos nosotros, todo nuestro equipo, cómo era esto era inimaginable. Somos un grupo de científicos que se unieron para abordar un problema realmente interesante. Cada uno de nosotros usamos nuestros talentos, desde la habilidad técnica hasta la discusión intelectual, para determinar objetivamente qué estaba sucediendo exactamente en nuestros experimentos. Admitimos libremente en el periódico y en la prensa que había mucho, mucho más trabajo por hacer por nosotros y por una gran cantidad de otros científicos. La conferencia de prensa incluso incluyó a un experto técnico, el Dr. Steven Benner, quien expresó algunas de las preocupaciones a las que respondimos anteriormente. Parte de nuestra razón para llevar este trabajo a la comunidad fue hacer las conexiones intelectuales y técnicas para más colaboraciones para responder muchas de las preguntas persistentes. Fuimos transparentes con nuestros datos y mostramos todos los datos y resultados interesantes. Las conclusiones de nuestro trabajo se basan en lo que consideramos que era la forma más parsimoniosa de interpretar una serie de experimentos en los que ningún experimento podría responder la gran pregunta. "¿Podría un microbio usar arsénico en lugar de fósforo para mantener su crecimiento?" La mejor ciencia nos abre nuevas preguntas como comunidad y despierta el interés y la imaginación del público en general. Como comunicadores y representantes de la ciencia, creemos que el apoyo de nuevas ideas con datos es fundamental, pero también para generar nuevas ideas para que otros piensen y aprovechen sus talentos.
Esperamos con interés trabajar con otros científicos, ya sea directamente o haciendo que las células estén disponibles gratuitamente y proporcionando muestras de ADN a los expertos apropiados para sus análisis, en un esfuerzo por proporcionar una mayor comprensión de este hallazgo intrigante.
Referencias
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. Manualidades, Toro. Soc. Chim. El p. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Fuente: sitio web de Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
