GFAJ-1 - GFAJ-1

GFAJ-1
GFAJ-1 (arsenik üzerinde yetiştirilir).jpg
Arsenat içeren ortamda yetiştirilen GFAJ-1 bakterisinin büyütülmüş hücreleri
bilimsel sınıflandırma
Alan adı:
filum:
Sınıf:
Sipariş:
Aile:

GFAJ-1 a, suş içinde çubuk-şekilli bakteriler ailede Halomonadaceae . US Geological Survey'de ikamet eden bir NASA araştırma görevlisi olan jeobiyolog Felisa Wolfe-Simon tarafından doğu Kaliforniya'daki hipersalin ve alkali Mono Gölü'nden izole edilen bir ekstremofildir . 2010 yılında Science dergisinde yayınlanan bir yayında, yazarlar, fosfordan aç kaldığında mikrobun arsenik yerine geçebileceğini iddia etti. büyümesini sürdürmek için fosforunun küçük bir yüzdesi için. Yayınlandıktan hemen sonra, diğer mikrobiyologlar ve biyokimyacılar, bilim camiasında şiddetle eleştirilen bu iddia hakkında şüphelerini dile getirdiler. 2012'de yayınlanan müteakip bağımsız çalışmalar, GFAJ-1'in DNA'sında saptanabilir hiçbir arsenat bulamadı, iddiayı reddetti ve GFAJ-1'in basitçe arsenata dirençli, fosfata bağımlı bir organizma olduğunu gösterdi.

keşif

Wolfe-Simon, Mono Gölü'nde, 2010

GFAJ-1 bakterisi , California , Menlo Park'taki ABD Jeolojik Araştırması'nda ikamet eden bir NASA astrobiyoloji üyesi olan jeomikrobiyolog Felisa Wolfe-Simon tarafından keşfedildi . GFAJ, "Felisa'ya İş Ver" anlamına gelir. Organizma 2009'dan başlayarak kendisi ve meslektaşlarının Mono Gölü , California, ABD'nin dibindeki çökeltilerden topladıkları örneklerden izole edilmiş ve kültürlenmiştir . Mono Gölü hipersalindir (yaklaşık 90 gram/litre) ve oldukça alkalidir ( pH 9.8). Aynı zamanda dünyadaki en yüksek doğal arsenik konsantrasyonlarından birine sahiptir (200 μ M ). Keşif, 2 Aralık 2010'da geniş çapta duyuruldu.

Taksonomi ve filogeni

Escherichia coli suşu O157:H7

Halomonas alkalifila

Halomonas venusta suşu NBSL13

GFAJ-1

Halomonas sp. GTW

Halomonas sp. G27

Halomonas sp. DH77

Halomonas sp. mp3

Halomonas sp. IB-O18

Halomonas sp. ML-185

Ribozomal DNA dizilerine dayalı GFAJ-1'in filogenisi .

16S rRNA dizilerine dayalı moleküler analiz , GFAJ-1'in Halomonadaceae familyasının diğer orta dereceli halofil ("tuz seven") bakterileriyle yakından ilişkili olduğunu gösterir . Yazarlar, üretilmiş bir halde kladogram gerginlik üyeleri arasında iç içe olduğu Halomonas dahil H. alkaliphila ve H. venusta , bunlar açıkça o cinse gerginlik atamadı. Birçok bakterinin yüksek düzeyde arsenik tolere edebildiği ve onu hücrelerine alma eğiliminde olduğu bilinmektedir. Ancak, GFAJ-1'in bir adım daha ileri gitmesi tartışmalı bir şekilde önerildi; Fosfordan yoksun bırakıldığında, bunun yerine arseniği metabolitlerine ve makromoleküllerine dahil etmesi ve büyümeye devam etmesi önerildi.

Bakteri GFAJ-1 genomunun sekansı şimdi nakledilir GenBank .

Türler veya soy

Mono Gölü kıyısındaki tüf oluşumları

In Science dergisi makalesinde, GFAJ-1 a olarak adlandırılır suşu Halomonadaceae ve değil, yeni olarak türün . Bakterilerin Sınıflaması Uluslararası Kod , yöneten düzenlemelerin setinin sınıflandırmasını bakteri ve bazı makalelerde Sistematik ve Evrimsel Mikrobiyoloji International Journal yeni bir tür, bir tanımlamak için örneğin asgari standartlar tanımlamak için yönergeler ve minimal standartları içermektedir Halomonadaceae üyesi . Organizmalar, genel olarak diğer bilinen türlerle %97'den daha az 16S rRNA sekans özdeşliği ve bunların ayırt edilmelerine izin veren metabolik farklılıklar gibi belirli fizyolojik ve genetik koşulları karşılıyorlarsa yeni türler olarak tanımlanır . Yeni türleri diğer türlerden ayırt etmek için göstergelere ek olarak, yağ asidi bileşimi , kullanılan solunum kinon ve tolerans aralıkları ve suşun en az iki mikrobiyolojik depoda birikmesi gibi başka analizler de gereklidir . Önerilen yeni isimler italik olarak ve ardından sp olarak verilmiştir . kasım (ve gen. kasım. eğer o kladdaki açıklamalara göre yeni bir cinsse ).

GFAJ-1 suşu örneğinde bu kriterler karşılanmaz ve suşun yeni bir tür olduğu iddia edilmez. Bir türe bir suş atanmadığında (örneğin yetersiz veri veya seçim nedeniyle) genellikle cins adı olarak etiketlenir ve ardından "sp" gelir. (yani, o cinsin belirsiz türleri) ve suş adı. GFAJ-1 durumunda, yazarlar suşu sadece suş tanımıyla belirtmeyi seçmiştir. GFAJ-1 ile yakından ilişkili suşlar arasında Halomonas sp. GTW ve Halomonas sp. G27, ikisi de geçerli tür olarak tanımlanmadı. Yazarlar resmi olarak GFAJ-1 suşunu Halomonas cinsine atamış olsaydı, isim Halomonas sp olarak verilecekti . GFAJ-1.

Genom Taksonomi Veritabanı GFAJ-1 kendi geçici türler atar Halomonas sp002966495 . Bu, suşun filogenetik olarak Halomonas'a düştüğü ve cinsin diğer tanımlanmış türlerine kıyasla tam genom benzerliğinin yeterince düşük olduğu anlamına gelir. Ne GTW suşu ne de G27 suşu, veritabanının sınıflandırmasını yürütmesi için uygun bir genoma sahip değildir.

biyokimya

Fosforsuz bir büyüme ortamı (aslında reaktiflerdeki safsızlıklardan 3,1 ± 0,3 μM kalıntı fosfat içeren) bakterileri artan arsenata maruz kalma rejiminde kültürlemek için kullanıldı ; 0.1 mM'lik başlangıç ​​seviyesi sonunda 40 mM'ye yükseltildi. Karşılaştırmalı deneyler için kullanılan alternatif ortam , ya arsenat içermeyen yüksek seviyelerde fosfat (1.5 mM) içeriyordu ya da ne fosfat ne de arsenat eklenmişti. GFAJ-1'in ya fosfat ya da arsenat ortamında kültürlendiğinde hücre sayılarında birçok ikiye katlanarak büyüyebildiği, ancak ne fosfat ne de arsenat eklenmemiş benzer bir bileşime sahip bir ortama yerleştirildiğinde büyüyemediği gözlemlendi. Arsenikle beslenen, fosfordan yoksun bakterilerin fosfor içeriği ( ICP-MS ile ölçüldüğü gibi ) kuru ağırlıkça yalnızca %0.019 (± 0.001) idi, fosfat açısından zengin ortamda büyütüldüğünde bunun otuzda biri. Bu fosfor içeriği ayrıca hücrelerin ortalama arsenik içeriğinin yalnızca yaklaşık onda biri kadardı (kuru ağırlıkça %0,19 ± 0,25). ICP-MS ile ölçülen hücrelerin arsenik içeriği büyük ölçüde değişir ve bazı deneylerde fosfor içeriğinden daha düşük olabilir ve diğerlerinde on dört kata kadar daha yüksek olabilir. Nano- SIMS ile elde edilen aynı çalışmadan elde edilen diğer veriler, arsenat ile büyütülmüş ve fosfat eklenmemiş hücrelerde bile, P:C ve As:C oranları olarak ifade edildiğinde, arsenik (As) üzerinde ~75 kat fazla fosfat (P) olduğunu göstermektedir. . Arsenat solüsyonunda kültürlendiğinde, GFAJ-1 fosfat solüsyonunda olduğu kadar hızlı sadece %60 büyüdü. Fosfat açlığı çeken bakterilerin hücre içi hacmi normalin 1.5 katıydı; daha büyük hacmin, büyük " koful benzeri bölgelerin" ortaya çıkmasıyla ilişkili olduğu ortaya çıktı .

1.5 mM fosfat ile desteklenmiş tanımlanmış minimal ortamda büyütülen GFAJ-1 hücrelerinin taramalı elektron mikrografı

Araştırmacılar , dağılımını izlemek için çözeltiye izotop etiketli arsenat eklediğinde , bakterinin proteinlerini , lipidlerini ve ATP gibi metabolitlerini , ayrıca DNA ve RNA'sını içeren hücresel fraksiyonlarda arsenik bulunduğunu buldular . Fosfordan yoksun durağan faz hücrelerinden alınan nükleik asitler, beş ekstraksiyon (biri fenol ile , üçü fenol-kloroform ile ve biri kloroform ekstraksiyon solventi ile) ve ardından etanol çökeltme yoluyla konsantre edildi . Arseniğin biyomoleküllere dahil edildiğine dair doğrudan kanıtlar hala eksik olsa da, radyoaktivite ölçümleri, bu bakteriler tarafından absorbe edilen arseniğin yaklaşık onda birinin (11.0 ± 0.1%) nükleik asitleri (DNA ve RNA) içeren fraksiyonda sonlandığını gösterdi. ve önceki işlemlerle özütlenmemiş tüm diğer birlikte çökeltilmiş bileşikler. İzotop etiketli fosfat ile karşılaştırılabilir bir kontrol deneyi gerçekleştirilmedi. Türün 2011 ortalarında dağıtılmasıyla birlikte, diğer laboratuvarlar keşfin geçerliliğini bağımsız olarak test etmeye başladı. Biberiye Redfield gelen British Columbia Üniversitesi'nden , büyüme şartlarına Aşağıdaki sorunlar, GFAJ-1 büyüme gereksinimlerini araştırdık ve gerginlik daha iyi katı büyür bulundu Agar ortamı sıvı kültüründe daha. Redfield bunu düşük potasyum seviyelerine bağladı ve bazal ML60 ortamındaki potasyum seviyelerinin büyümeyi desteklemek için çok düşük olabileceğini varsaydı. Redfield, başka sorunları (iyonik güç, pH ve polipropilen yerine cam tüplerin kullanımı) bulup ele aldıktan sonra, arsenatın büyümeyi marjinal olarak uyardığını, ancak iddia edilenin aksine kültürlerin son yoğunluklarını etkilemediğini buldu. Aynı grup tarafından kütle spektrometrisi kullanılarak yapılan sonraki çalışmalar, GFAJ-1'in DNA'sına arsenatın dahil edildiğine dair hiçbir kanıt bulamadı.

Arsenat ester stabilitesi

Poli-β-hidroksibutiratın yapısı

Arsenik esterleri gibi olacaktır gibi, DNA'da bulunan , genel olarak beklenen büyüklükte siparişleri için daha az kararlı hidroliz karşılık gelen daha fosfat esterleri . DNA yapı taşı dAMP'nin yapısal arsenik analoğu olan dAMA'lar , nötr pH'ta suda 40 dakikalık bir yarı ömre sahiptir. Nükleotidleri birbirine bağlayacak olan arsenodiester bağlarının sudaki yarı ömrüne ilişkin tahminler, DNA'daki fosfodiester bağları için 30 milyon yıla kıyasla 0.06 saniye kadar kısadır . Yazarlar, bakterilerin poli-β-hidroksibutirat ( Halomonas cinsinin ilgili türlerinin "vakuol benzeri bölgelerinde" yükseldiği bulunmuştur ) veya etkililiği azaltmak için başka yollar kullanarak arsenat esterlerini bir dereceye kadar stabilize edebileceğini tahmin etmektedir. su konsantrasyonu . Polihidroksibütiratlar, büyümenin karbon dışındaki elementlerle sınırlı olduğu koşullar altında enerji ve karbon depolaması için birçok bakteri tarafından kullanılır ve tipik olarak GFAJ-1 hücrelerinde görülen "koful benzeri bölgelere" çok benzeyen büyük mumsu granüller olarak görünür. Yazarlar, çözünmeyen polihidroksibütiratın sitoplazmadaki etkin su konsantrasyonunu arsenat esterlerini stabilize etmek için yeterince azaltabileceği hiçbir mekanizma sunmamaktadır. Tüm halofiller, kurumayı önlemek için sitoplazmalarının su aktivitesini bir şekilde azaltmak zorunda olsalar da , sitoplazma her zaman sulu bir ortam olarak kalır.

eleştiri

NASA'nın "dünya dışı yaşam kanıtı arayışını etkileyecek" bir basın toplantısı duyurusu sansasyonel ve yanıltıcı olarak eleştirildi; New Scientist'teki bir başyazı, "yabancı yaşamın keşfi, eğer olursa, hayal edilebilecek en büyük hikayelerden biri olsa da, bu ondan ışık yılı uzaktaydı" yorumunu yaptı.

Ayrıca makaleyi değerlendiren birçok uzman, rapor edilen çalışmaların yazarların iddialarını desteklemek için yeterli kanıt sağlamadığı sonucuna varmıştır. Bilim yazarı Carl Zimmer , Slate ile ilgili çevrimiçi bir makalede, birkaç bilim insanının şüpheciliğini tartıştı: "Bir düzine uzmana ulaştım... Neredeyse oybirliğiyle, NASA bilim adamlarının iddialarını ortaya koymada başarısız olduklarını düşünüyorlar". Kimyager Steven A. Benner , bu organizmanın DNA'sında arsenatın fosfatın yerini aldığına dair şüphelerini dile getirdi . Wolfe-Simon tarafından laboratuvar kültürlerinde kullanılan büyüme ortamındaki eser kirleticilerin , hücrelerin DNA'sı için gerekli fosforu sağlamaya yeterli olduğunu öne sürdü . Arseniğin hücrelerin başka yerlerinde tutuluyor olma ihtimalinin daha yüksek olduğuna inanıyor. British Columbia Üniversitesi'nden mikrobiyolog Rosemary Redfield, makalenin "arseniğin DNA'ya veya başka herhangi bir biyolojik moleküle dahil edildiğine dair ikna edici bir kanıt sunmadığını" söyledi ve deneylerin , sonuçlarını doğru bir şekilde doğrulamak için gerekli yıkama adımlarından ve kontrollerinden yoksun olduğunu öne sürdü. . Harvard mikrobiyolog Alex Bradley, arsenik içeren DNA'nın suda çok kararsız olacağını ve analiz prosedüründen sağ çıkamayacağını söyledi.

8 Aralık 2010'da Science , Wolfe-Simon tarafından araştırmanın eleştirilmesinin beklendiğini belirttiği bir yanıt yayınladı. Yanıt olarak, çalışmanın daha iyi anlaşılması için bir " Sıkça Sorulan Sorular " sayfası 16 Aralık 2010'da yayınlandı. Ekip , yaygın dağıtıma izin vermek için GFAJ-1 türünü ATCC ve DSMZ kültür koleksiyonlarına yerleştirmeyi planlıyor . Mayıs 2011'in sonlarında, suş, talep üzerine doğrudan yazarların laboratuvarından da temin edilmiştir. Bilim makaleyi ücretsiz olarak kullanılabilir hale getirdi. Makale, Science dergisinin 3 Haziran 2011 sayısında kabul edildikten altı ay sonra basılı olarak yayınlandı . Yayına, makalenin deneysel prosedürü ve sonucu ile ilgili çeşitli endişeleri ele alan sekiz teknik yorum ve yazarların bu endişelere verdiği yanıt eşlik etti. Baş editör Bruce Alberts , bazı sorunların devam ettiğini ve çözümlerinin uzun bir süreç olabileceğini belirtti. Rosen ve ark. , BioEssays dergisinin Mart 2011 sayısında Science makalesiyle teknik sorunları tartışıyor, alternatif açıklamalar sunuyor ve diğer arsenik dirençli ve arsenik kullanan mikropların bilinen biyokimyasını vurguluyor.

27 Mayıs 2011'de Wolfe-Simon ve ekibi, Science dergisinin devamı niteliğindeki bir yayında eleştirilere yanıt verdi . Daha sonra Ocak 2012'de British Columbia Üniversitesi'nden Rosie Redfield liderliğindeki bir grup araştırmacı, sıvı kromatografi-kütle spektrometrisi kullanarak GFAJ-1'in DNA'sını analiz etti ve herhangi bir arsenik tespit edemedi. bulgular. Fosfat yerine arsenat ile sağlanan ortamda GFAJ-1 büyümesi için basit bir açıklama Florida'daki Miami Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi tarafından sağlandı . Escherichia coli'nin bir laboratuvar suşunun ribozomlarını radyoaktif izotoplarla (bir radyoaktif izleyici oluşturan ) etiketledikten sonra , arsenat içeren ancak fosfat içermeyen ortamda bakteri üremesini izlediler. Arsenatın ribozomların büyük ölçüde bozulmasını indüklediğini , böylece arsenat toleranslı bakterilerin yavaş büyümesi için yeterli fosfat sağladığını buldular . Benzer şekilde, GFAJ-1 hücrelerinin, arsenat ile değiştirmek yerine, bozulmuş ribozomlardan fosfatı geri dönüştürerek büyüdüğünü öne sürüyorlar.

İlk olarak GFAJ-1'i tanımlayan orijinal Science makalesinin sonuçlarına meydan okuyan makalelerin yayınlanmasının ardından, Retraksiyon İzleme web sitesi , kritik verilerin yanlış beyan edilmesi nedeniyle orijinal makalenin geri çekilmesi gerektiğini savundu. Mayıs 2021 itibariyle, kağıt geri çekilmedi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar