GFAJ-1

Halomonas sp. GFAJ-1

Kmen GFAJ-1 pěstovaný na arsenu
vědecká klasifikace
Doména:bakterieTyp:ProteobakterieTřída:Gama proteobakterieObjednat:OceanospirillalesRodina:HalomonadaceaeRod:HalomonasKmen:Halomonas sp. GFAJ-1
Mezinárodní vědecký název
Halomonas sp. GFAJ-1

Halomonas sp. GFAJ-1 nebo kmen GFAJ-1  - tyčinkovité extremofilní bakterie patří mezi gama-proteobakterie . Nalezen vědci NASA v Mono Lake , Kalifornie (USA). Bakterie jsou pozoruhodné svou schopností přežít velmi vysoké koncentrace arsenu . Když byl objeven kmen GFAJ-1, bylo oznámeno, že tento organismus začlenil do své DNA místo fosforu arsen , takže je jedinou formou života na bázi arsenu; tato vlastnost GFAJ-1 nebyla potvrzena.

Vědecká diskuse, která následovala po oznámení objevu, prokázala schopnost vědecké komunity opravit chyby a artefakty ve výzkumu; historie objevu GFAJ-1 se stala příkladem původu a odhalení vědecké chyby v souladu s principem falsifikovatelnosti .

Zájem biologů o tuto bakterii může přetrvávat, protože má výjimečnou schopnost přežít v přítomnosti jedovatého arsenu i poté, co se dostane do buňky.

Objev

Mikroorganismus GFAJ-1 objevila geomikrobioložka Felisa Wolfe-Simon z NASA Astrobiologického institutu v Menlo Park v Kalifornii. Organismus byl izolován v čisté kultuře na začátku roku 2009 ze sedimentu, který výzkumnice a její kolegové nasbírali podél břehů jezera Mono . Jedná se o hypersolné a vysoce alkalické jezero s jednou z nejvyšších přirozených koncentrací arsenu na světě (200 µM/l ). Objev byl široce hlášen 2. prosince 2010.

Vědci navrhli, že tyto mikroorganismy jsou v podmínkách nedostatku fosforu schopny žít a množit se a nahrazovat fosfor v DNA arsenem, který je toxický pro jiné formy života [1] [2] [3] . Slovy Wolfa-Simona: "Věděli jsme, že někteří mikrobi mohou dýchat arsen, ale nyní jsme našli mikroby, kteří dělají něco nového - staví části svého těla z arsenu . "

Předpoklady o možnosti existence organismů, ve kterých může arsen hrát roli fosforu, byly vysloveny již dříve [4] . Objev organismu , který ve své biochemii využívá prvky , které se liší od prvků běžných pro pozemský život -- uhlík , kyslík , vodík , dusík , fosfor a síra , by mohl přidat váhu hypotéze alternativní biochemie a pomoci pochopit možné způsoby evoluce pozemského života [5] a při hledání života na jiných planetách [6] .

Fosfor je jedním ze základních prvků života. Je součástí adenosintrifosfátu , univerzálního energetického nosiče buňky. Fosfor je také nedílnou součástí fosfolipidů , které tvoří buněčné membrány .

Zpráva, že arsen může tvořit stejné stabilní organické sloučeniny jako fosfor, však vyvolala vlnu kritiky ve světové vědecké komunitě. Zejména bylo poukázáno na to, že neexistovala žádná rentgenová difrakční analýza DNA, která by mohla dát přesnou odpověď na otázku, zda je arsen přítomen v DNA bakterií [7] .

Kritici zpochybňující vztah mezi obsahem arsenu v těle bakterie a jeho použitím jako složky těla poukázali na možnost mechanismu izolace zrn arsenu ve vakuolách , podobného mechanismu pro izolaci síry v sirných bakteriích . Bylo také navrženo, že arsen je používán bakteriemi ne ke stavbě DNA, ale je omezen na použití arsenových lipidů, ze kterých lze teoreticky stavět buněčné membrány , a s největší pravděpodobností kvůli chemické nestabilitě arsenových lipidů v kombinaci s fosfolipidy.

Vyvrácení

Dva roky po objevu dvě nezávislé skupiny výzkumníků okamžitě vyvrátily existenci biologicky významného arsenu v DNA bakterií.

Profesorka Rosemary Redfield ( Eng. ) na svém blogu ze 4. prosince 2010, analyzující článek Felice Wolf-Simon, napsala, že „vyspělým metodám pro stanovení obsahu arsenu, jako je hmotnostní spektrometrie, předcházely extrémně primitivní metody. izolace a čištění." [8] Dne 21. června 2011 obdržel profesor živý kmen GFAJ-1 pro výzkum. Dalšího půl roku trvalo skupině vedené Redfieldem ( University of British Columbia , Vancouver, Kanada; Princeton University , USA; Howard Hughes Medical Institute , USA) zjistit podmínky pro růst kmene GFAJ-1 v podmínkách nadbytek, nebo naopak nedostatek různých prvků (draslík, vápník, sodík, fosfor, arsen). Nakonec 14. ledna 2012 byly výsledky zveřejněny. DNA byla izolována ze dvou kultur kmene, z nichž jedna byla pěstována v podmínkách přebytku arsenu a druhá v jeho nepřítomnosti. Výsledkem bylo, že podle údajů z centrifugace v CsCl gradientu a hmotnostní spektrometrie nebyl v žádném ze vzorků detekován arsen. Bylo tedy prokázáno, že arsen není inkorporován do DNA bakterie GFAJ-1. Přítomnost arsenu v dílech Wolfa-Simona byla připisována nedbalým metodám čištění [9] .

Skupina výzkumníků z Ústavu mikrobiologie ETH Zurich (Švýcarsko) ukázala, že i v podmínkách nedostatku fosforu a nadbytku sloučenin arsenu budou bakterie využívat fosfor do posledního. Pokud koncentrace fosforu klesne pod určitou hranici, růst bakterií se zastaví a žádný arsen jim nepomůže. Organické molekuly s arsenem lze skutečně nalézt v bakteriích GFAJ-1, ale jak se ukázalo, tyto molekuly vznikají abioticky, tedy bez pomoci bakteriálních enzymů, a nejsou samotnou bakterií využívány [10] .

Některá média tvrdí, že „skupina biologů z University of British Columbia ve Vancouveru vyvrátila jejich vlastní závěry“ [11] [12] . To však není pravda - objeviteli bakterie (a autory prohlášení o přítomnosti arsenu v DNA) je skupina F. Wolfe-Simon, NASA Astrobiologický institut , Kalifornie, USA.

V říjnu 2012 byla publikována práce ukazující, že povrchové proteiny GFAJ-1 přednostně vážou fosfáty . Takové chování bylo pozorováno i v případě, že koncentrace arzeničnanů v médiu byla 4,5 tisíckrát vyšší než koncentrace fosfátů [13] [14] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Wolfe-Simon F., Blum JS, Kulp TR, et al. Bakterie, která může růst pomocí arsenu místo fosforu  //  Science : journal. - 2010. - Prosinec. - doi : 10.1126/science.1197258 . — PMID 21127214 . Archivováno z originálu 10. ledna 2012.
  2. ↑ Mikrob požírající arsen může předefinovat chemii  života . přírodní novinky. Datum přístupu: 26. ledna 2011. Archivováno z originálu 24. února 2012.
  3. ↑ Astrobiologický objev vede život plný jedu (odkaz nedostupný) . membrána. Datum přístupu: 26. ledna 2011. Archivováno z originálu 28. ledna 2012. 
  4. ↑ Paul Davis. "Cizinci mezi našimi"  - časopis "Ve světě vědy", č. 3, březen 2008
  5. ↑ Alexej Timošenko. Vědeckými senzacemi roku 2010 byla Nobelova cena za život na bázi grafenu a arsenu (nepřístupný odkaz) . Základy života . gzt.ru (29. prosince 2010). Datum přístupu: 29. prosince 2010. Archivováno z originálu 23. dubna 2011. 
  6. ↑ Na Titanu se může dařit bakteriím „na arsenu“ . RIA Novosti (3. prosince 2010). Získáno 4. prosince 2010. Archivováno z originálu dne 6. července 2012.
  7. ↑ Naděžda Markina. Experiment k nalezení mimozemského rozpočtu . Infox.ru (13. prosince 2010). Datum přístupu: 13. prosince 2010. Archivováno z originálu 6. července 2012.
  8. ↑ Plakát Felisy Wolfe-Simon na pros. 2011 AGU meeting Archivováno 12. července 2018 na Wayback Machine // http://rrresearch.fieldofscience.com Archivováno 15. února 2019 na Wayback Machine , 16. prosince 2011 
  9. ↑ Elena Kleschenko. Dvě dámy, DNA a arsen . Získáno 26. července 2012. Archivováno z originálu 9. srpna 2012.
  10. ↑ Kirill Stasevich. Existence bakterií s DNA na bázi arsenu byla odhalena (nedostupný odkaz) . Získáno 26. července 2012. Archivováno z originálu 12. července 2012. 
  11. ↑ Objevitelé bakterií používajících arsen jejich závěry vyvrátili (nepřístupný odkaz) . Získáno 26. července 2012. Archivováno z originálu dne 20. prosince 2012. 
  12. ↑ Objevitelé „mimozemské“ formy života vyvrátili její existenci . Získáno 26. července 2012. Archivováno z originálu 9. srpna 2012.
  13. ↑ Biologové se pokusili konečně vyvrátit teorii „arsenového života“ . Lenta.ru (4. října 2012). Získáno 6. července 2020. Archivováno z originálu dne 23. září 2020.
  14. ↑ Bakterie „Arsenic-life“ přece jen preferuje fosfor . Nature News (3. října 2012). Archivováno z originálu 8. prosince 2012.

Odkazy