Войти
| GFAJ-1 | |
|---|---|
 | |
| Увеличенные клетки бактерии GFAJ-1, выращенные в среде, содержащей арсенат | |
| Научная классификация | |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Proteobacteria |
| Класс: | Gammaproteobacteria |
| Порядок: | Oceanospirillales |
| Семейство: | Halomonadaceae |
GFAJ-1 представляет собой штамм стержневидных бактерий семейства Halomonadaceae. Это экстремофил, который был выделен геобиологом <из гиперсоленого и щелочного озера Моно в восточной Калифорнии 41>Фелиса Вулф-Саймон, научный сотрудник НАСА , проживающий в Геологической службе США. В публикации журнала Science 2010 года авторы утверждали, что микроб, лишенный фосфора, способен заменить мышьяк небольшой процент своего фосфора, чтобы поддерживать его рост. Сразу после публикации другие микробиологи и биохимики выразили сомнения по поводу этого утверждения, которое подверглось резкой критике в научном сообществе. Последующие независимые исследования, опубликованные в 2012 году, не обнаружили обнаруживаемого арсената в ДНК GFAJ-1, опровергли это утверждение и продемонстрировали, что GFAJ-1 является просто арсенат-резистентным и фосфатозависимым организмом.
Вулф-Саймон на озере Моно, 2010 Бактерия GFAJ-1 была обнаружена геомикробиологом Фелизой Вулф-Саймон, НАСА астробиолог научный сотрудник Геологической службы США в Менло-Парк, Калифорния. GFAJ означает «Дайте Фелизе работу». Организм был изолирован и культивирован начиная с 2009 года из образцов, которые она и ее коллеги собрали из отложений на дне озера Моно, Калифорния, США. Озеро Моно гиперсоленое (около 90 г / литр) и сильно щелочной (pH 9,8). Он также имеет одну из самых высоких естественных концентраций мышьяка в мире (200 мк M ). Открытие было широко обнародовано 2 декабря 2010 г.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Филогения GFAJ-1 на основе последовательностей рибосомной ДНК. |
Молекулярный анализ на основе последовательностей 16S рРНК показывает, что GFAJ-1 тесно связан к другим умеренным галофильным («сололюбивым») бактериям семейства Halomonadaceae. Хотя авторы создали кладограмму, на которой штамм вложен среди членов Halomonas, включая H. alkaliphila и H. venusta, они явно не отнесли штамм к этому роду. Известно, что многие бактерии способны переносить высокие уровни мышьяка и иметь склонность поглощать его своими клетками. Тем не менее, GFAJ-1 был спорно предложил пойти дальше шаг; при недостатке фосфора было предложено вместо этого включить мышьяк в его метаболиты и макромолекулы и продолжить рост.
Последовательность генома бактерии GFAJ-1 теперь размещена в GenBank.
туфа на берегу озера Моно озера В статье журнала Science GFAJ-1 упоминается как штамм Halomonadaceae, а не как новый виды. Международный кодекс номенклатуры бактерий, свод правил, регулирующих таксономию бактерий, и некоторые статьи в Международном журнале систематической и эволюционной микробиологии содержат руководящие принципы и минимальные стандарты для описания нового вида, например минимальные стандарты для описания представителя семейства Halomonadaceae. Организмы описываются как новые виды, если они соответствуют определенным физиологическим и генетическим условиям, таким как обычно менее 97% идентичности последовательностей 16S рРНК с другими известными видами и метаболические различия, позволяющие их различать. В дополнение к индикаторам, позволяющим отличить новый вид от других видов, требуются другие анализы, такие как состав жирных кислот, используемый респираторный хинон, а также диапазоны переносимости и отложение штамма по крайней мере в двух микробиологических хранилищах. Предлагаемые новые названия выделены курсивом, за ними следует sp. ноя (и gen. nov., если это новый род согласно описаниям этой клады ). В случае штамма GFAJ-1 эти критерии не выполняются, и штамм не считается новым видом. Когда штамм не отнесен к виду (например, из-за недостатка данных или выбора), он часто обозначается названием рода, за которым следует «sp.» (т.е. неопределенные виды этого рода) и название штамма. В случае GFAJ-1 авторы решили ссылаться на штамм только по обозначению штамма. Штаммы, близкие к GFAJ-1, включают Halomonas sp. GTW и Halomonas sp. G27, ни один из которых не был описан как допустимый вид. Если бы авторы официально отнесли штамм GFAJ-1 к роду Halomonas, название было бы дано как Halomonas sp. GFAJ-1.
Не содержащая фосфора питательная среда (которая фактически содержала 3,1 ± 0,3 мкМ остаточного фосфата из примесей в реагентах) была использована для культивирования бактерий в режим увеличения воздействия арсената ; исходный уровень 0,1 мМ в конечном итоге увеличился до 40 мМ. Альтернативные среды, использованные для сравнительных экспериментов, содержали либо высокие уровни фосфата (1,5 мМ) без арсената, либо не содержали ни фосфата, ни арсената. Было замечено, что GFAJ-1 мог расти за счет многократного удвоения числа клеток при культивировании в фосфатной или арсенатной среде, но не мог расти при помещении в среду аналогичного состава, в которую не добавлялись ни фосфат, ни арсенат. Содержание фосфора в питаемых мышьяком и голодных по фосфору бактериях (по данным ICP-MS) составляло всего 0,019 (± 0,001)% от сухой массы, что составляет одну тридцатую от этого значения при выращивании на богатой фосфатом среде.. Это содержание фосфора также составляло лишь примерно одну десятую среднего содержания мышьяка в клетках (0,19 ± 0,25% от сухой массы). Содержание мышьяка в клетках, измеренное с помощью ICP-MS, широко варьируется и может быть ниже, чем содержание фосфора в одних экспериментах и до четырнадцати раз выше в других. Другие данные того же исследования, полученные с помощью нано- SIMS, предполагают ~ 75-кратный избыток фосфата (P) над мышьяком (As) при выражении в соотношениях P: C и As: C даже в выращенных клетках. с арсенатом и без добавления фосфата. При культивировании в растворе арсената GFAJ-1 рос на 60% быстрее, чем в растворе фосфата. Бактерии, лишенные фосфатов, имели внутриклеточный объем в 1,5 раза больше нормального; больший объем оказался связан с появлением больших «вакуолей -подобных областей».
Сканирующая электронная микрофотография клеток GFAJ-1, выращенных в определенной минимальной среде с добавлением 1,5 мМ фосфата Когда исследователи добавили меченый изотопом арсенат в раствор для отслеживания его распределения, они обнаружили, что мышьяк присутствует в клеточных фракциях, содержащих белки бактерий, липиды и метаболиты, такие как АТФ, а также его ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты из клеток неподвижной фазы, лишенных фосфора, концентрировали с помощью пяти экстракций (один с фенолом, три с фенол-хлороформом и один с хлороформом растворителем для экстракции) с последующим осаждением этанолом. Хотя прямые доказательства включения мышьяка в биомолекулы все еще отсутствуют, измерения радиоактивности показали, что примерно одна десятая (11,0 ± 0,1%) мышьяка, поглощенного этими бактериями, оказалась во фракции, содержащей нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и все другие соосажденные соединения, не экстрагированные предыдущими обработками. Сравнимый контрольный эксперимент с фосфатом, меченным изотопом, не проводился. После распространения штамма в середине 2011 года другие лаборатории начали независимую проверку достоверности открытия. Розмари Редфилд из Университета Британской Колумбии, изучив проблемы с условиями роста, исследовала потребности роста GFAJ-1 и обнаружила, что штамм лучше растет на твердом агаре. среда, чем в жидкой культуре. Редфилд объяснил это низким уровнем калия и предположил, что уровни калия в основной среде ML60 могут быть слишком низкими для поддержания роста. Редфилд после обнаружения и решения дополнительных проблем (ионная сила, pH и использование стеклянных пробирок вместо полипропилена) обнаружил, что арсенат незначительно стимулировал рост, но не влиял на конечную плотность культур, в отличие от заявленных. Последующие исследования с использованием масс-спектрометрии, проведенные той же группой, не обнаружили свидетельств включения арсената в ДНК GFAJ-1.
Структура поли-β-гидроксибутирата Арсенат сложные эфиры, такие как те, которые будут присутствовать в ДНК, как правило, ожидается, что они будут на менее устойчивы к гидролизу, чем соответствующие сложные эфиры фосфорной кислоты. dAMA, структурный аналог мышьяка строительного блока ДНК dAMP, имеет период полураспада 40 минут в воде при нейтральном pH. Оценки периода полураспада в воде арсенодиэфирных связей, которые связывают нуклеотиды вместе, составляют всего 0,06 секунды - по сравнению с 30 миллионами лет для фосфодиэфирных связей в ДНК. Авторы предполагают, что бактерии могут до некоторой степени стабилизировать сложные эфиры арсената, используя поли-β-гидроксибутират (который, как было обнаружено, повышен в «вакуольоподобных областях» родственных видов рода Halomonas ) или другие средства для снижения эффективной концентрации воды. Полигидроксибутираты используются многими бактериями для хранения энергии и углерода в условиях, когда рост ограничивается элементами, отличными от углерода, и обычно выглядят как большие воскообразные гранулы, очень похожие на «вакуольоподобные области», наблюдаемые в клетках GFAJ-1. Авторы не представляют механизма, с помощью которого нерастворимый полигидроксибутират может снизить эффективную концентрацию воды в цитоплазме в достаточной степени для стабилизации сложных эфиров арсената. Хотя все галофилы должны каким-либо образом снижать активность воды своей цитоплазмы, чтобы избежать высыхания, цитоплазма всегда остается водной средой.
Объявление НАСА пресс-конференции, «которая повлияет на поиск свидетельств внеземной жизни», было раскритиковано как сенсационное и вводящее в заблуждение; редакционная статья в New Scientist комментирует: «Хотя открытие инопланетной жизни, если оно когда-либо произойдет, было бы одной из величайших историй, которые только можно вообразить, это было в нескольких световых годах от этого».
In Кроме того, многие эксперты, оценивавшие этот документ, пришли к выводу, что опубликованные исследования не предоставляют достаточных доказательств, чтобы поддержать утверждения авторов. В онлайн-статье на Slate научный обозреватель Карл Циммер обсудил скептицизм нескольких ученых: «Я обратился к десятку экспертов... Они почти единогласно считают, что ученые НАСА высказались. не смогли доказать свою правоту ". Химик Стивен А. Беннер выразил сомнения, что арсенат заменил фосфат в ДНК этого организма. Он предположил, что следовых примесей в среде для выращивания, используемой Вульф-Саймон в ее лабораторных культурах, достаточно для обеспечения фосфором, необходимым для ДНК клеток. Он считает, что более вероятно, что мышьяк секвестрируется где-то в клетках. Университет Британской Колумбии микробиолог Розмари Редфилд заявила, что в статье «нет убедительных доказательств того, что мышьяк был включен в ДНК или любую другую биологическую молекулу », и предполагает, что в экспериментах отсутствовали этапы промывки и контроли, необходимые для правильной проверки их выводов. Микробиолог из Гарварда Алекс Брэдли сказал, что содержащая мышьяк ДНК будет настолько нестабильной в воде, что не выдержит процедуры анализа.
8 декабря 2010 года Science опубликовала ответ Wolfe-Simon, в котором она заявила, что критика исследования ожидалась. В ответ 16 декабря 2010 г. была опубликована страница «Часто задаваемые вопросы » для лучшего понимания работы. Команда планирует поместить штамм GFAJ-1 в ATCC и DSMZ коллекции культур для широкого распространения. В конце мая 2011 года штамм также был предоставлен по запросу непосредственно из лаборатории авторов. Наука сделала статью в свободном доступе. Статья была опубликована в печати через шесть месяцев после принятия в выпуске журнала Science от 3 июня 2011 г. Публикация сопровождалась восемью техническими комментариями, в которых рассматривались различные проблемы, касающиеся экспериментальной процедуры и заключения статьи, а также ответы авторов на эти проблемы. Главный редактор Брюс Альбертс указал, что некоторые проблемы остаются и их решение, вероятно, будет длительным процессом. В обзоре Rosen et al. В мартовском выпуске журнала BioEssays за 2011 год обсуждаются технические вопросы с публикацией Science, даются альтернативные объяснения и освещается известная биохимия других микробов, устойчивых к мышьяку и использующих мышьяк.
27 мая 2011 г. Вулф-Саймон и ее команда ответили на критику в последующей публикации журнала Science. Затем, в январе 2012 года группа исследователей под руководством Рози Редфилд из Университета Британской Колумбии проанализировала ДНК GFAJ-1 с помощью жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии и не смогла обнаружить никакого мышьяка. который Редфилд называет «явным опровержением» результатов оригинальной статьи. Простое объяснение роста GFAJ-1 в среде, содержащей арсенат вместо фосфата, было предоставлено группой исследователей из Университета Майами во Флориде. После маркировки рибосом лабораторного штамма Escherichia coli радиоактивными изотопами (с образованием радиоактивного индикатора ) они проследили рост бактерий в среде, содержащей арсенат, но не фосфат.. Они обнаружили, что арсенат вызывает массивную деградацию рибосом, обеспечивая, таким образом, достаточное количество фосфата для медленного роста устойчивых к арсенату бактерий. Точно так же они предполагают, что клетки GFAJ-1 растут за счет рециркуляции фосфата из деградированных рибосом, а не за счет его замены арсенатом.
После публикации статей, оспаривающих выводы исходной статьи Science, впервые описывающей GFAJ-1., сайт Retraction Watch утверждал, что исходная статья должна быть отозвана из-за искажения важных данных. На январь 2019 года статья еще не отозвана.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с GFAJ-1. |
