Królować | Bakteria |
---|---|
Gałąź | Proteobacteria |
Klasa | Gamma Proteobacteria |
Zamówienie | Oceanospirillals |
Rodzina | Halomonadaceae |
Uprzejmy | Halomonas |
GFAJ-1 to ekstremofilna pałeczka z rodziny Halomonadaceae i rodzaju Halomonas , wyizolowana z jeziora Mono w Kalifornii . Odmiana ta, hodowana na pożywce pozbawionej fosforu , została zaprezentowana w 2010 roku jako zdolna do wykorzystania arsenu , zwykle toksycznego, w celu zastąpienia go w tworzeniu nukleotydów . W 2012 roku artykuł opublikowany w Nature odrzucił tę hipotezę, a naukowy konsensus jest dziś taki, że GFAJ-1 jest organizmem odpornym na arsenian, ale zależnym od fosforanu.
Ten szczep bakterii, GFAJ-1, został odkryty przez geomikrobiologa Felisę Wolfe-Simon , biolog z NASA pracujący w United States Geological Survey w Menlo Park w Kalifornii . Został zebrany w 2009 roku z osadów, które Wolfe-Simon i jego koledzy zebrali na brzegach jeziora Mono . Jezioro to jest bardzo bogate w sole i silnie zasadowe, a także ma jedno z najwyższych stężeń arsenu na świecie (200 µmol L- 1 ). Ta pałeczka jest początkowo prezentowana jako zdolna do wzrostu w pożywce pozbawionej fosforu poprzez metabolizowanie arsenu obecnego w pożywce w postaci jonu arsenianowego.
Filogeneza szczepu GFAJ-1
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Filogeneza szczepu GFAJ-1 i niektórych pokrewnych bakterii na podstawie sekwencji genu kodującego 16S rybosomalnego RNA |
Zgodnie z wynikami sekwencjonowania genu kodującego 16S rybosomalnego RNA , bakteria GFAJ-1 należy do rodzaju Halomonas . Bakterie te są bakteriami halofilnymi , znanymi również z tolerancji wysokiego poziomu arsenu, ale GFAJ-1 może działać lepiej. Pozbawiony fosforu może zamiast tego używać arsenu i dalej rosnąć.
W czwartek, 2 grudnia 2010 o 2 po południu EST, odkrycie tego szczepu została ogłoszona na konferencji prasowej NASA, jednocześnie czasopiśmie Science opublikowany w Internecie artykuł naukowy opisujący izolację tego szczepu i testy przeprowadzone.
Szczep gfaj-1 wyizolowano brzegiem mono jezioro, hipersłony , hyperalcaline ( pH 10) jeziorze o średnim stężeniu arsenu wynoszącym 200 μ mola l -1 . Zdolność do stosowania arsenu zamiast fosforu mierzono przez inkubację osadów z jeziora Mono w określonej minimalnej pożywce hodowlanej. Nie zawierał fosforu ani suplementu diety, takiego jak ekstrakt drożdżowy (suplement stosowany zwykle do kultur mikroorganizmów). Następnie pożywkę wzbogacono w arsen w postaci jonu arsenianowego od początkowego stężenia 100 μmol l- 1 do końcowego stężenia 500 μmol l- 1 . Siedem dziesiętne seryjne rozcieńczenia przeprowadzono w ciągu trzech miesięcy, w wyniku końcowe rozcieńczenie oryginalnego inokulum o współczynnik 10 7 . Kolejne rozcieńczenia pozwalają maksymalnie zredukować obecność fosforu, resztkowe stężenie fosforu mierzono na poziomie 3,1 μmol- 1 (zanieczyszczenie podłoża wyjściowego, solami stanowiącymi pożywkę i rozkładem już obecnych organizmów w początkowym punkcie środkowym).
Szósty transfer, z siedmiu rozcieńczeń, wykazywał szybkość wzrostu 0,1 OD na dzień (jednostka gęstości optycznej mierzona spektrofotometrem przy długości fali 680 nm ). Tej kultury użyto do zaszczepienia stałego podłoża (to samo podłoże plus agar ). Zaobserwowano dwa typy morfologiczne kolonii, które pobrane z tej stałej pożywki umieszczono w płynnej hodowli bez fosforu. Kultura wykazująca najszybszy wzrost została zachowana przez pozostałą część eksperymentów: na tym etapie badacze uzyskali czystą kulturę wciąż niezidentyfikowanego szczepu. Szczep ten mógł być utrzymywany w hodowli w pożywce pozbawionej fosforu, ale zawierającej 40 mmol l- 1 arsenianu i 10 mmol l- 1 glukozy.
Szczep bakteryjny GFAJ-1 zidentyfikowano przez sekwencjonowanie genu kodującego 16S rybosomalnego RNA . Analiza filogenetyczna tej sekwencji wskazuje, że bakteria ta należy do rodziny Halomonadaceae i prawdopodobnie do rodzaju Halomonas .
W przypadku wzrostu na pożywce zawierającej arsenian, ale z dużym niedoborem fosforanów (As + / P-), GFAJ-1 rośnie o 40% wolniej w porównaniu z pożywką zawierającą fosforany i bez arsenu (As- / P +). Jednak w pożywce As + / P- bakterie mają objętość półtora raza większą niż w pożywce As- / P +. Wydaje się, że ten wzrost objętości jest związany z pojawieniem się dużych wakuoli bogatych w poli-β-hydroksymaślan.
Zawartość fosforu w tych bakteriach wynosiła 0,019% (± 0,001) ich suchej masy lub jednej trzydziestej tej stwierdzonej podczas wzrostu na pożywce o stężeniu fosforanów 1,5 mmol L- 1 i około setnej zwykłej zawartości większości bakterii. Ta zawartość fosforu stanowi około jednej dziesiątej zawartości arsenu w tych prątkach (0,19 ± 0,25% suchej masy).
Aby dokładnie przeanalizować los arsenu w bakteriach hodowanych na pożywce bez fosforu, naukowcy wykorzystali radioaktywny arsenian. Zaobserwowali, że w stacjonarnej fazie wzrostu 10% zaabsorbowanego arsenianu zostało włączone do kwasów nukleinowych, ponad 75% znajdowało się we frakcji białkowej, a niewielka część w lipidach. Autorzy zauważają jednak, że frakcja białka otrzymany przez ekstrakcję z fenolem ma wiele związków niebiałkowych, i że 75% obserwuje się prawdopodobnie przecenienia.
W momencie publikacji artykułu w Science w grudniu 2010 r. Pytania pozostają bez odpowiedzi. Pozostaje do ustalenia, czy arsen jest rzeczywiście wbudowywany w szkielet DNA, czy też arsen jest używany przez bakterie jako substytut fosforu w innych metabolizmach i czy śladowe ilości fosforu nadal w nich obecne. Pożywki hodowlane są wystarczające, aby dostarczyć ilość potrzebna do syntezy DNA. Krytyka wniosków płynących z artykułu o GFAJ-1 jest trojakiego rodzaju:
Jednak w tych samych warunkach fizjologicznych fosforan nie jest redukowany do fosforynu. DNA „arsenu” nie mogło istnieć z powodu braku wewnątrzkomórkowego arsenianu, który mógłby zastąpić biologiczną rolę, jaką odgrywa fosforan.
Obecność arsenu włączonego do szkieletu DNA można wykazać za pomocą analizy spektrometrii mas oczyszczonego DNA. Dla Purificación López-García , mikrobiologa specjalizującego się w ekstremofilach w CNRS , fakt, że „to doświadczenie nie pojawia się w raporcie z ich badań, jest podejrzany”.
Zaraz po opublikowaniu artykułu biolodzy zakwestionowali wnioski.
W 2011 roku Rosie Redfield opublikowała cały protokół eksperymentalny na swoim blogu i zaprzeczyła ustaleniom naukowców z NASA.
W 2012 roku badanie opublikowane w Nature wykazało, że bakterie są zależne od fosforanów i po prostu wysoce odporne na arsenian.
Inne badania zauważ, że nie znaleźli żadnego arsenianu w GFAJ-1.
„ Byłoby dobrze, gdyby mogli wykazać, że arszenik w DNA faktycznie znajduje się w kręgosłupie. "