Serangan balik dari makalah “kehidupan arsenik” yang diterbitkan pada 2 Desember, masih berlangsung. Beberapa kritik adalah tentang sains, sementara lebih banyak kritik tentang liputan berita dan juga bagaimana NASA memperkenalkan, atau "menggoda" publik dengan berita, menggunakan kata-kata "astrobiologi" dan "kehidupan luar angkasa" dalam pengumuman konferensi pers yang akan datang. Hari ini, di konferensi Uni Geofisika Amerika, salah satu ilmuwan tim, Ron Oremland membahas dampak dari liputan berita, dan saya akan memberikan tinjauan singkat tentang itu. Pada waktu yang hampir bersamaan, tim sains merilis pernyataan dan beberapa FAQ tentang makalah sains. Di bawah ini adalah pernyataan dan informasi yang diberikan tim sains.
Menanggapi Pertanyaan Mengenai Artikel Sains, "Bakteri Yang Bisa Tumbuh dengan Menggunakan Arsenik Bukan Fosfor"
-As 16 Desember 2010-
Sebuah artikel penelitian yang diterbitkan 2 Desember 2010 oleh jurnal Science memberikan beberapa garis bukti, secara kolektif menunjukkan bahwa bakteri yang diisolasi dari Danau Mono California dapat menggantikan arsen untuk persentase kecil fosfornya dan mempertahankan pertumbuhannya.
Temuan ini mengejutkan karena enam unsur — karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, belerang, dan fosfor — membentuk sebagian besar molekul organik dalam makhluk hidup, termasuk asam nukleat, protein, dan lipid. Oleh karena itu, para ilmuwan yang tidak berafiliasi dengan tim peneliti mengajukan pertanyaan yang menantang tentang penelitian.
Tujuan utama publikasi ilmiah adalah untuk memajukan ilmu pengetahuan dengan menghadirkan data yang menarik dan mengusulkan hipotesis yang dapat diuji. Dapat dimengerti, temuan yang paling mengejutkan cenderung menghasilkan respons dan pengawasan paling intens dari komunitas ilmiah. Respon pasca-publikasi untuk penelitian asli, dan upaya untuk menguji dan mereplikasi hasil, terutama dalam kasus temuan yang tidak terduga, merupakan mekanisme penting untuk memajukan pengetahuan ilmiah.
Editor sains sekarang telah menerima sejumlah komentar teknis dan surat yang menanggapi artikel, "Bakteri yang Dapat Tumbuh dengan Menggunakan Arsenik Sebagai ganti Fosfor," oleh Felisa Wolfe-Simon dan rekan-rekannya. Komentar dan tanggapan akan menjalani peninjauan, dan kami akan mempublikasikannya dalam terbitan Science yang akan datang.
Sementara itu, dalam upaya untuk mempromosikan pemahaman publik tentang karya tersebut, artikel penelitian dan berita terkait telah tersedia secara bebas untuk umum melalui situs Web Sains untuk bulan berikutnya. Artikel-artikel ini dapat ditemukan online di sini:
Tim Wolfe-Simon, berteori bahwa mungkin beberapa bakteri mungkin dapat menggunakan arsenik atau mentolerir substitusi fosfor dalam molekul organik, mengumpulkan mikroba dari Danau Mono yang kaya arsenik dan kemudian secara bertahap menyapihnya dari fosfor, memberi mereka makan arsenik. Tim telah melaporkan bahwa mereka mengambil langkah-langkah untuk menyingkirkan kontaminasi fosfor. Mereka menyimpulkan bahwa bukti mereka menunjukkan arsenik telah menggantikan sebagian kecil fosfor dalam DNA mereka.
Berbagai jenis bukti dijelaskan oleh penulis, termasuk:
* Spektrometri massa plasma induktif digabungkan.
Para penulis melaporkan bahwa hasil ini mengungkapkan arsenik berada di dalam sel bakteri, menunjukkan bahwa itu bukan hanya kontaminan yang menempel di bagian luar sel;
* Pelabelan radioaktif arsenik.
Tim Wolfe-Simon mengatakan bukti ini memungkinkan mereka untuk menemukan zat yang biasanya beracun di dalam fraksi protein, lipid, asam nukleat dan metabolit sel, menunjukkan bahwa itu telah diambil ke dalam molekul membentuk setiap fraksi.
* Spektrometri massa ion sekunder beresolusi tinggi dari DNA setelah dipisahkan dari bakteri.
Para penulis melaporkan bahwa bukti ini menunjukkan bahwa DNA yang terisolasi masih mengandung arsenik.
* Analisis X-ray intensitas tinggi (synchrotron).
Berdasarkan bukti ini, para penulis menyimpulkan bahwa arsenik dalam bakteri tampaknya menggantikan fosfat dalam DNA dan molekul lainnya.
Pertanyaan tentang temuan ini cenderung berfokus pada apakah bakteri benar-benar memasukkan arsenik ke dalam DNA dan apakah mikroba benar-benar berhenti mengonsumsi fosfor. Sementara tim lebih memilih untuk menjawab pertanyaan melalui proses peer-review, Felisa Wolfe-Simon dan Ron Oremland telah memberikan beberapa informasi tambahan di sini sebagai layanan publik, dan untuk mengklarifikasi data dan prosedur mereka. Sains menekankan bahwa tanggapan ini belum ditinjau oleh sejawat; mereka diberikan atas nama penulis hanya sebagai layanan informasi publik sementara ulasan yang lebih formal dari tanggapan mereka terhadap komentar yang dikirim ke Science berlanjut.
Tanya Jawab Pendahuluan
Pertanyaan: Beberapa orang mempertanyakan apakah DNA sudah cukup dibersihkan dengan teknik Anda menggunakan gel elektroforesis, untuk memisahkannya dari molekul lain. Apakah Anda merasa ini adalah masalah yang sah?
Menjawab:
Protokol ekstraksi dan pemurnian DNA kami dimulai dengan sel-sel yang dicuci, dipet dari media. Ini kemudian dikenai protokol ekstraksi DNA standar, yang mencakup beberapa langkah fenol kloroform untuk menghilangkan kotoran, termasuk arsenate tidak terhubung (As). Setelah ini, DNA dielektroforesis, selanjutnya memisahkan DNA dari kotoran. Residu As apa pun dari media akan dihilangkan dengan mencuci sel sebelum ekstraksi dan dengan mempartisi ke dalam fase berair selama 3 fenol: langkah kloroform dalam ekstraksi. Jika As dimasukkan ke dalam lipid atau protein itu akan dipartisi menjadi fenol, fenol: kloroform, atau fraksi kloroform. Selain itu, DNA yang diekstraksi dengan cara ini pada sampel lain juga berhasil digunakan dalam analisis lebih lanjut, termasuk PCR, yang membutuhkan DNA yang sangat murni.
Arsenik yang diukur oleh NanoSIMS dalam pita gel konsisten dengan pengukuran kami yang lain dan garis bukti lainnya.
Percobaan 73AsO43- radiolabel kami menunjukkan bahwa dari total radiolabel yang terkait dengan pelet sel 11,0% ± 0,1% dikaitkan dengan fraksi DNA / RNA. Ini menunjukkan bahwa kita harus mengharapkan beberapa arsenate dari total pool yang terkait dengan asam nukleat. Untuk menginterpretasikan data ini, kami menggabungkan interpretasi kami dengan bukti EXAFS kami yang menunjukkan bahwa arsenik intraseluler adalah As (V) terikat pada C, dan tidak bebas dalam larutan sebagai ion. Ini menunjukkan As ada dalam, molekul organik dengan jarak ikatan yang konsisten dengan lingkungan kimia analog dengan fosfat (Gambar 3A, S3 "panjang ikatan" tabel). Lebih lanjut mendukung interpretasi kami dari dua analisis yang disebutkan sebelumnya, kami menggunakan bukti ketiga dari NanoSIMS, teknik yang sama sekali berbeda dari dua lainnya. Kami menemukan arsenik unsur (yang diukur dengan NanoSIMS) yang terkait dengan pita gel yang lebih dari dua kali latar belakang dalam gel. Berdasarkan diskusi di atas, kami tidak merasa ini adalah masalah yang sah.
Pertanyaan: Yang lain berpendapat bahwa DNA yang terkait arsenate seharusnya cepat hancur ketika terkena air. Bisakah Anda mengatasinya?
Menjawab:
Kami tidak mengetahui adanya studi yang membahas arsenate yang terikat dalam poliester rantai panjang atau di-tri-ester arsenate, yang akan langsung relevan dengan penelitian kami. Studi yang dipublikasikan telah menunjukkan bahwa ester arsenik sederhana memiliki tingkat hidrolisis yang jauh lebih tinggi daripada ester fosfat (1-3). Percobaan yang diterbitkan sampai saat ini secara khusus melihat pertukaran atau hidrolisis alkil tri-ester arsenat [Eqn. 1] dan alkil di-ester dari arsenit [Eqn. 2]:
OA (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OA (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
di mana R = metil, etil, n-pentil dan isopropil. Referensi 2 menunjukkan bahwa laju hidrolisis untuk triester alkil arsenat sederhana ini menurun dengan meningkatnya panjang rantai karbon (kerumitan) substituen alkil (metil> etil> n-pentil> isopropil). Tidak ada pekerjaan yang telah dilakukan pada tingkat hidrolisis nukleotida terkait arsenat atau gugus biologis lain yang relevan.
Jika tren laju hidrolitik dilaporkan dalam Pustaka. 2 melanjutkan ke organik dengan bobot lebih besar, seperti yang ditemukan dalam biomolekul, dapat dibayangkan bahwa biopolimer yang terkait arsenat mungkin lebih tahan terhadap hidrolisis daripada yang diperkirakan sebelumnya. Senyawa model kecil diselidiki dalam referensi. 1-3 relatif fleksibel dan dapat dengan mudah mengadopsi geometri ideal untuk air untuk menyerang ikatan arseno-ester. Ester arenat dari molekul bio yang besar, bagaimanapun, cenderung lebih sterik yang mengarah ke laju hidrolisis yang lebih lambat.
Jenis kendala sterik pada laju reaksi ini mencakup kisaran laju yang terlihat dalam perilaku beberapa nukleotida terkait fosfat. Dalam ribozim kecil, hubungan phophodiester di lokasi katalisis dapat dihidrolisis dalam urutan puluhan detik (dengan laju kimia 1 s-1). Peningkatan laju ini dicapai dengan mengarahkan keterkaitan untuk serangan in-line oleh nukleofil (kelompok hidroksil 2 adjacent yang berdekatan). Selain itu, pola autodegradasi konsisten dengan komposisi basa spesifik. Di sisi lain, laju hidrolisis untuk ikatan fosfodiester dalam bentuk dupleks RNA adalah banyak urutan besarnya lebih lambat, karena hubungan ini tidak dapat dengan mudah mengakses geometri yang diperlukan untuk hidrolisis.
Kecepatan dalam DNA mungkin jauh lebih lambat daripada senyawa model karena kendala geometris yang dikenakan pada tulang belakang oleh heliks.
Kinetika hidrolisis biopolimer yang terhubung dengan arsenat jelas merupakan bidang di mana diperlukan lebih banyak penelitian.
Pertanyaan: Mungkinkah garam dalam media pertumbuhan Anda bisa memberikan jejak fosfor yang cukup untuk mempertahankan bakteri?
Menjawab:
Data dan pelabelan sampel pada Tabel S1 telah menyebabkan beberapa kebingungan. Untuk memperjelas, untuk setiap percobaan, satu batch air buatan Danau Mono dibuat dengan formulasi berikut: garam AML60, tanpa P, tanpa As, tanpa glukosa, tanpa vitamin. Tabel S1 menunjukkan contoh-contoh pengukuran ICPMS unsur fosfor (~ 3 μM) dan arsenat yang dibuat pada formulasi ini sebelum penambahan lebih lanjut. Kemudian kami menambahkan glukosa dan vitamin untuk ketiga perawatan dan perawatan As + atau P untuk perawatan + P. Pengukuran P dilakukan pada media setelah penambahan sukrosa dan vitamin dan setelah penambahan As juga ~ 3 μM dalam kelompok ini. Oleh karena itu, jelas bahwa setiap pengotor P yang diukur (~ 3 μM, ini adalah kisaran tinggi) datang dengan garam utama, dan bahwa semua percobaan mengandung latar belakang P yang identik (termasuk P yang dibawa dengan inokula kultur).
Dalam makalah Science, kami menunjukkan data dari satu percobaan dari banyak percobaan yang direplikasi yang tidak menunjukkan pertumbuhan sel dalam media tanpa penambahan arsenat atau fosfat (Gambar 1). Data ini jelas menunjukkan bahwa strain GFAJ-1 tidak dapat memanfaatkan 3μM P untuk mendukung pertumbuhan lebih lanjut tanpa adanya arsenate. Selain itu, kandungan P intraseluler yang ditentukan untuk sel yang tumbuh + As / -P tidak cukup untuk mendukung kebutuhan penuh P untuk fungsi seluler.
Catatan tentang kultur: Semua percobaan dimulai dengan inokula dari kondisi + As / -P yang berkelanjutan. Sebelum percobaan, sel-sel telah tumbuh jangka panjang, untuk beberapa generasi dari satu koloni yang tumbuh pada media padat tanpa tambahan fosfat. Sebelum ini, mereka ditanam sebagai pengayaan untuk lebih dari 10 transfer dan selalu menjadi media baru yang + As / -P. Karena itu, kami merasa bahwa tidak ada carry-over signifikan dari P. Kami juga berpendapat bahwa tidak akan ada cukup P seluler untuk mendukung pertumbuhan tambahan berdasarkan kumpulan daur ulang internal P.
Pertanyaan: Apakah ada hal lain yang Anda ingin agar publik mengerti tentang penelitian Anda, atau tentang proses ilmiah?
Menjawab: Bagi kita semua, seluruh tim kita, seperti apa rasanya tidak terbayangkan. Kami adalah sekelompok ilmuwan yang berkumpul untuk mengatasi masalah yang sangat menarik. Kami masing-masing menggunakan bakat kami, dari kecakapan teknis hingga diskusi intelektual, untuk secara objektif menentukan apa yang sebenarnya terjadi dalam eksperimen kami. Kami dengan bebas mengakui di koran dan di media bahwa ada banyak, lebih banyak pekerjaan yang harus dilakukan oleh kami dan sejumlah besar ilmuwan lain. Konferensi pers bahkan menyertakan pakar teknis, Dr. Steven Benner, yang menyuarakan beberapa keprihatinan yang kami tanggapi di atas. Bagian dari alasan kami untuk membawa karya ini ke masyarakat adalah untuk membuat koneksi intelektual dan teknis untuk kolaborasi yang lebih banyak untuk menjawab banyak pertanyaan yang tersisa. Kami transparan dengan data kami dan menunjukkan setiap datum dan hasil yang menarik. Kesimpulan makalah kami didasarkan pada apa yang kami rasakan sebagai cara yang paling pelit untuk menafsirkan serangkaian eksperimen di mana tidak ada satu eksperimen pun yang dapat menjawab pertanyaan besar. "Bisakah mikroba menggunakan arsenik sebagai pengganti fosfor untuk mempertahankan pertumbuhannya?" Ilmu pengetahuan terbaik membuka pertanyaan baru bagi kita sebagai komunitas dan memicu minat dan imajinasi masyarakat umum. Sebagai komunikator dan perwakilan ilmu pengetahuan, kami merasa bahwa dukungan terhadap ide-ide baru dengan data sangat penting tetapi juga untuk menghasilkan ide-ide baru bagi orang lain untuk dipikirkan dan membawa bakat mereka untuk bertahan.
Kami berharap dapat bekerja dengan ilmuwan lain, baik secara langsung atau dengan membuat sel tersedia secara bebas dan memberikan sampel DNA kepada para ahli yang tepat untuk analisis mereka, dalam upaya untuk memberikan wawasan lebih lanjut tentang temuan menarik ini.
Referensi
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. Kerajinan, Bull. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biokimia 23, 955 (1984).
Sumber: situs web Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
