رد فعل عنيف من ورقة "الحياة الزرنيخ" التي نشرت في 2 ديسمبر ، لا تزال مستمرة. بعض الانتقادات كانت حول العلم ، بينما كان هناك الكثير من الانتقادات حول تغطية الأخبار وأيضًا كيف قدمت وكالة ناسا أو "أزعجت" الجمهور بالأخبار ، باستخدام عبارة "علم الأحياء الفلكية" و "الحياة خارج الأرض" في حياتهم إعلان عن مؤتمر صحفي قادم. اليوم ، في مؤتمر الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي ، ناقش أحد علماء الفريق ، رون أورلاند ، تداعيات التغطية الإخبارية ، وسأقدم نظرة عامة على ذلك قريبًا. في نفس الوقت تقريبًا ، أصدر الفريق العلمي بيانًا وبعض الأسئلة الشائعة حول الورقة العلمية. فيما يلي هذا البيان والمعلومات التي قدمها الفريق العلمي.
الرد على الأسئلة المتعلقة بالمادة العلمية ، "بكتيريا يمكن أن تنمو باستخدام الزرنيخ بدلاً من الفوسفور"
- اعتبارًا من 16 ديسمبر 2010-
قدم مقال بحثي نشرته مجلة ساينس في 2 ديسمبر 2010 عدة خطوط من الأدلة ، تشير بشكل جماعي إلى أن البكتيريا المعزولة من بحيرة مونو في كاليفورنيا يمكن أن تحل محل الزرنيخ بنسبة صغيرة من الفوسفور وتحافظ على نموه.
كانت هذه النتيجة مفاجئة لأن ستة عناصر - الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور - تشكل معظم الجزيئات العضوية في المادة الحية ، بما في ذلك الأحماض النووية والبروتينات والدهون. لذلك طرح العلماء غير المنتسبين إلى فريق البحث أسئلة صعبة بشكل ملائم حول البحث.
الغرض الأساسي من النشر العلمي هو تطوير العلوم من خلال تقديم بيانات مثيرة للاهتمام واقتراح فرضيات قابلة للاختبار. ومن المفهوم أن النتائج الأكثر إثارة للدهشة تميل إلى توليد الاستجابة والتدقيق الأكثر كثافة من المجتمع العلمي. تعد الاستجابات بعد النشر للبحث الأصلي ، والجهود المبذولة لاختبار النتائج وتكرارها ، خاصة في حالات النتائج غير المتوقعة ، آلية أساسية لتعزيز المعرفة العلمية.
تلقى محررو العلوم الآن عددًا من التعليقات والرسائل الفنية التي ردت على مقال "بكتيريا يمكن أن تنمو باستخدام الزرنيخ بدلاً من الفوسفور" بقلم فيليسا وولف سيمون وزملاؤه. ستخضع التعليقات والردود للمراجعة وسننشرها في إصدار مستقبلي من Science.
وفي الوقت نفسه ، في محاولة لتعزيز فهم الجمهور للعمل ، تم إتاحة مقالة البحث ومقال إخباري ذي صلة للجمهور مجانًا عبر موقع Science Science للشهر التالي. يمكن العثور على هذه المقالات على الإنترنت هنا:
قام فريق Wolfe-Simon ، الذي افترض أن بعض البكتيريا قد تكون قادرة على استخدام الزرنيخ أو تحمل بعض استبدال الفوسفور في الجزيئات العضوية ، وجمع الميكروبات من بحيرة مونو الغنية بالزرنيخ ثم فطامها تدريجيًا من الفوسفور ، وتغذيتها بالزرنيخ بدلاً من ذلك. أفاد الفريق أنهم اتخذوا خطوات لاستبعاد أي تلوث بالفوسفور. وخلصوا إلى أن أدلةهم تشير إلى أن الزرنيخ قد استبدل نسبة صغيرة من الفوسفور في حمضهم النووي.
تم وصف أنواع مختلفة من الأدلة من قبل المؤلفين ، بما في ذلك:
* مطياف الكتلة البلازمية المقترنة حثيًا.
أفاد الباحثون أن هذه النتائج كشفت عن وجود الزرنيخ داخل الخلايا البكتيرية ، مما يشير إلى أنه لم يكن مجرد ملوث عالق في الجزء الخارجي من الخلايا.
* وسم الزرنيخ المشع.
قال فريق وولف-سيمون إن هذا الدليل سمح لهم برصد المادة السامة عادة داخل البروتينات والدهون والحمض النووي ومستقلبات الخلايا ، مما يشير إلى أنه تم نقلها إلى جزيئات تشكل كل جزء.
* مطياف كتلي أيون ثانوي عالي الدقة للحمض النووي بعد فصله عن البكتيريا.
أفاد المؤلفون أن هذه الأدلة تشير إلى أن الحمض النووي المعزول لا يزال يحتوي على الزرنيخ.
* تحليل الأشعة السينية عالي الكثافة (السنكروترون).
بناء على هذا الدليل ، استنتج المؤلفون أن الزرنيخ في البكتيريا يبدو أنه يحل محل الفوسفات في الحمض النووي وجزيئات أخرى.
تميل الأسئلة حول النتائج إلى التركيز على ما إذا كانت البكتيريا قد أدرجت بالفعل الزرنيخ في الحمض النووي وما إذا كانت الميكروبات قد توقفت تمامًا عن استهلاك الفوسفور. بينما يفضل الفريق معالجة الأسئلة من خلال عملية تمت مراجعتها من قبل الأقران ، قدم كل من Felisa Wolfe-Simon و Ron Oremland بعض المعلومات الإضافية هنا كخدمة عامة ، ولتوضيح بياناتهم وإجراءاتهم. يؤكد العلم على أن هذه الاستجابات لم تخضع لمراجعة الأقران ؛ يتم توفيرها نيابة عن المؤلفين فقط كخدمة معلومات عامة بينما تستمر مراجعة رسمية أكثر لردودهم على التعليقات المرسلة إلى Science.
أسئلة وأجوبة أولية
سؤال: تساءل بعض الناس عما إذا كان الحمض النووي قد تم تنظيفه بما فيه الكفاية باستخدام أسلوبك باستخدام الجل الكهربائي ، لفصله عن الجزيئات الأخرى. هل تشعر أن هذا مصدر قلق صحيح؟
إجابة:
يبدأ بروتوكول استخراج وتنقية الحمض النووي لدينا بالخلايا المغسولة ، المحبوبة من الوسائط. يتم بعد ذلك إخضاعها لبروتوكول استخراج الحمض النووي القياسي ، والذي تضمن خطوات متعددة من الكلوروفورم الفينول لإزالة الشوائب ، بما في ذلك أي زرنيخ غير مدمج (As). بعد ذلك ، تم فصل الحمض النووي عن طريق الفصل الكهربائي ، مما أدى إلى فصل الحمض النووي عن الشوائب. يمكن إزالة أي بقايا كما هو الحال في الوسائط عن طريق غسل الخلايا قبل الاستخراج ومن خلال التقسيم إلى المرحلة المائية خلال 3 الفينول: خطوات الكلوروفورم في الاستخراج. إذا تم دمجها في شحوم أو بروتين لكان قد تم تقسيمها إلى الفينول أو الفينول: أجزاء الكلوروفورم أو الكلوروفورم. بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام الحمض النووي المستخرج بهذه الطريقة في عينات أخرى بنجاح في مزيد من التحليلات ، بما في ذلك تفاعل البوليميراز المتسلسل ، والتي تتطلب الحمض النووي عالي النقاء.
يتوافق الزرنيخ الذي تم قياسه بواسطة NanoSIMS في شريط الهلام مع قياساتنا الأخرى وخط آخر من الأدلة.
أظهرت تجربتنا 73AsO43 ذات الشعاع الإشعاعي أنه من إجمالي الشعاع الإشعاعي المرتبط بكريات الخلية 11.0٪ ± 0.1٪ ارتبط بجزء DNA / RNA. هذا يشير إلى أننا يجب أن نتوقع بعض الزرنيخ من إجمالي التجمع المرتبط بالأحماض النووية. لتفسير هذه البيانات ، قمنا بربط تفسيرنا مع أدلة EXAFS التي تشير إلى أن الزرنيخ داخل الخلية كان (V) مرتبطًا بـ C ، ولم يكن مجانيًا في المحلول كأيون. هذا يشير إلى أنه كما في ، جزيء عضوي بمسافات رابطة تتوافق مع بيئة كيميائية مماثلة للفوسفات (جدول 3 أ ، S3 جدول "أطوال الرابطة"). دعمًا إضافيًا لتفسيرنا للتحليلين المذكورين سابقًا ، استخدمنا سطرًا ثالثًا من الأدلة من NanoSIMS ، وهي تقنية مختلفة تمامًا عن الاثنين الآخرين. نجد الزرنيخ العنصري (كما تم قياسه بواسطة NanoSIMS) المرتبط بحزام الهلام الذي يزيد عن ضعفي الخلفية في الهلام. بناءً على المناقشة أعلاه ، لا نشعر أن هذا مصدر قلق.
سؤال: جادل آخرون بأن الحمض النووي المرتبط بالزرنيخ كان يجب أن ينهار بسرعة عند تعرضه للماء. هل يمكنك معالجة هذا؟
إجابة:
نحن لسنا على علم بأي دراسات تتناول الزرنيخ المرتبط ببوليستر طويل السلسلة أو ثنائي النوكليوتيدات ثلاثي الإسترات من الزرنيخ ، والتي ستكون ذات صلة مباشرة بدراستنا. أظهرت الدراسات المنشورة أن استرات الزرنيخ البسيطة لها معدلات تحلل مائي أعلى بكثير من استرات الفوسفات (1-3). وقد نظرت التجارب المنشورة حتى الآن على وجه الخصوص في تبادل أو التحلل المائي لثلاثات ألكيل أرسينات [Eqn. 1] وألكيل دي استرات الزرنيخ [Eqn. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O؟ OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O؟ OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
حيث R = methyl ، ethyl ، n-pentyl and isopropyl. أوضح المرجع 2 أن معدلات التحلل المائي لهذه تريستر ألكيل بسيطة من الزرنيخ انخفضت مع زيادة طول سلسلة الكربون (تعقيد) بدائل الألكيل (ميثيل> إيثيل> ن-بنتيل> إيزوبروبيل). لم يتم القيام بأي عمل في معدلات التحلل المائي للنيوكليوتيدات المرتبطة بالزرنيخ أو أي شقوق أخرى ذات صلة بيولوجيًا.
إذا كان اتجاه معدل التحلل المائي مذكور في المرجع. 2 تواصل المواد العضوية ذات الوزن الأكبر ، مثل تلك الموجودة في الجزيئات الحيوية ، فمن الممكن أن تكون البوليمرات الحيوية المرتبطة بالزرنيخ أكثر مقاومة للتحلل المائي مما كان يعتقد سابقًا. المركبات النموذجية الصغيرة التي تم بحثها في المرجع. 1-3 مرنة نسبيا ويمكن بسهولة اعتماد الهندسة المثالية للمياه لمهاجمة رابطة الزرنيخ استر. ومع ذلك ، من المحتمل أن تكون استرات الزرنيخ للجزيئات الحيوية الكبيرة معوقة بشكل أكثر تعقيدًا مما يؤدي إلى تباطؤ معدلات التحلل المائي.
هذا النوع من القيد المجسم على معدل التفاعل يفسر المجال الواسع للمعدلات التي تظهر في سلوك بعض النيوكليوتيدات المرتبطة بالفوسفات. في الريبوزيمات الصغيرة ، يمكن تحلل روابط phophodiester في موقع الحفز بالماء بترتيب عشرات الثواني (بمعدل كيميائي 1 s-1). يتم تحقيق تحسين المعدل هذا عن طريق توجيه الارتباط للهجوم على الخط بواسطة النيوكليوفيل (مجموعة هيدروكسيل متجاورة 2)). علاوة على ذلك ، تتوافق أنماط التحلل الذاتي مع تكوين قاعدة محددة. من ناحية أخرى ، فإن معدلات التحلل المائي لروابط فوسفوديستر في شكل مزدوج من RNA هي أوامر أبطأ من حيث الحجم ، لأن هذه الروابط لا يمكنها الوصول بسهولة إلى الهندسة اللازمة للتحلل المائي.
قد تكون معدلات الحمض النووي أبطأ بكثير من المركبات النموذجية بسبب القيود الهندسية المفروضة على العمود الفقري بواسطة اللولب.
من الواضح أن حركيات التحلل المائي للبوليمرات الحيوية المرتبطة بالزرنيخ مجال يتطلب المزيد من البحث.
سؤال: هل من الممكن أن الأملاح في وسائط النمو الخاصة بك يمكن أن توفر ما يكفي من الفوسفور النزرة لدعم البكتيريا؟
إجابة:
تسببت البيانات ووضع العلامات في الجدول S1 في حدوث بعض الالتباس. لتوضيح ، لكل تجربة ، تم عمل دفعة واحدة من مياه بحيرة مونو الاصطناعية باستخدام التركيبة التالية: أملاح AML60 ، لا ف ، لا ، لا ، جلوكوز ، لا فيتامينات. يوضح الجدول S1 أمثلة على قياسات ICPMS لعنصر الفوسفور (~ 3 ميكرومتر) والزرنيخ المصنوع في هذه التركيبة قبل أي إضافات أخرى. ثم أضفنا الجلوكوز والفيتامينات لجميع العلاجات الثلاثة ، أما بالنسبة للعلاجات + As أو P للعلاجات + P. تم إجراء القياسات P على الوسط بعد إضافة السكروز والفيتامينات وبعد إضافة As كانت أيضًا ~ 3 ميكرومتر في هذه الدفعة. لذلك ، كان من الواضح أن أي شوائب P تم قياسها (~ 3 ميكرومتر ، كان هذا النطاق العالي) جاءت مع الأملاح الرئيسية ، وأن جميع التجارب تحتوي على خلفية P متطابقة (بما في ذلك أي P يتم جلبها مع لقاح الثقافة).
في ورقة العلوم ، نعرض بيانات من تجربة واحدة من العديد من التجارب المكررة التي تثبت عدم نمو الخلايا في الوسائط دون إضافة زرنيخ أو فوسفات (الشكل 1). توضح هذه البيانات بوضوح أن سلالة GFAJ-1 كانت غير قادرة على استخدام 3µM P لدعم المزيد من النمو في حالة عدم وجود زرنيخ. علاوة على ذلك ، لم يكن محتوى P الخلوي المحدد للخلايا المزروعة + As / -P كافياً لدعم المتطلبات الكاملة لـ P للوظيفة الخلوية.
ملاحظة حول الزراعة: تم بدء جميع التجارب باستخدام لقاح من ظروف مستدامة + As / -P. قبل التجارب ، كانت الخلايا تنمو على المدى الطويل ، لعدة أجيال من مستعمرة واحدة نمت على وسائط صلبة دون إضافة فوسفات. قبل ذلك ، تم زراعتها كإثراء لأكثر من 10 عمليات تحويل ودائمًا إلى وسيط جديد كان + As / -P. لذلك نشعر أنه لا يوجد ترحيل كبير لـ P. ونعتقد أيضًا أنه لن يكون هناك ما يكفي من الخلية P لدعم النمو الإضافي بناءً على مجموعة إعادة التدوير الداخلية لـ P.
سؤال: هل هناك أي شيء آخر تريد أن يفهمه الجمهور عن بحثك أو عن العملية العلمية؟
إجابة: بالنسبة لنا جميعًا ، فريقنا بأكمله ، ما كان عليه الأمر كان لا يمكن تصوره. نحن مجموعة من العلماء اجتمعوا لمعالجة مشكلة مثيرة للاهتمام حقًا. استخدم كل منا مواهبنا ، من البراعة التقنية إلى المناقشة الفكرية ، لتحديد موضوعيًا بالضبط ما كان يحدث في تجاربنا. لقد اعترفنا بحرية في الصحف وفي الصحافة بأن هناك الكثير والكثير من العمل الذي نقوم به من قبلنا ومجموعة كبيرة من العلماء الآخرين. وقد تضمن المؤتمر الصحفي حتى الخبير التقني ، الدكتور ستيفن بنر ، الذي عبر عن بعض المخاوف التي استجبنا لها أعلاه. جزء من سبب تقديم هذا العمل إلى المجتمع هو جعل الروابط الفكرية والتقنية لمزيد من التعاون للإجابة على العديد من الأسئلة العالقة. كنا شفافين مع بياناتنا وأظهرنا كل مسند ونتائج مثيرة للاهتمام. تستند استنتاجات ورقتنا إلى ما شعرنا أنه أكثر الطرق البخل لتفسير سلسلة من التجارب حيث لن تكون هناك تجربة واحدة قادرة على الإجابة على السؤال الكبير. "هل يمكن أن يستخدم الميكروب الزرنيخ بدلاً من الفوسفور للحفاظ على نموه؟" يفتح أفضل علم أسئلة جديدة لنا كمجتمع ويثير اهتمام وخيال عامة الناس. بصفتنا متواصلين وممثلين للعلم ، نشعر أن دعم الأفكار الجديدة بالبيانات أمر بالغ الأهمية ولكن أيضًا لتوليد أفكار جديدة للآخرين للتفكير فيها ومواهبهم للتأثير عليها.
نتطلع إلى العمل مع علماء آخرين ، إما بشكل مباشر أو من خلال إتاحة الخلايا مجانًا وتوفير عينات من الحمض النووي للخبراء المناسبين لتحليلاتهم ، في محاولة لتوفير المزيد من التبصر في هذه النتيجة المثيرة للاهتمام.
المراجع
1. T. G. Richmond، J.R. Johnson، J.O. Edwards، P. H. Rieger، Aust. جيه. كيم. 30 ، 1187 (1977).
2. C. D. Baer ، J. Rieger ، Inorg. 20 ، 905 (1981).
3. ج.- م. الحرف ، الثور. Soc. شيم. الأب. 14 ، 99 (1870).
4. Lagunas ، D.Pestana ، J.Dez-Masa ، الكيمياء الحيوية 23 ، 955 (1984).
المصدر: موقع Felisa Wolf-Simon ، Iron Lisa
