Interested Article - GFAJ-1

megan
  • 2021-02-18
  • 1

Halomonas sp. GFAJ-1 , или штамм GFAJ-1 — палочковидные экстремофильные бактерии, относятся к гамма-протеобактериям . Найдены учёными НАСА в озере Моно , штат Калифорния (США). Бактерии примечательны своей способностью выживать при очень высоких концентрациях мышьяка . При открытии штамма GFAJ-1 было объявлено, что этот организм встраивает в свою ДНК мышьяк вместо фосфора , являясь таким образом единственной формой жизни на основе мышьяка; это свойство GFAJ-1 не нашло подтверждения.

Научная дискуссия, развернувшаяся после сообщения об открытии, продемонстрировала способность научного сообщества исправлять ошибки и артефакты исследований; история открытия GFAJ-1 стала примером зарождения и развенчания научной ошибки, в соответствии с принципом фальсифицируемости .

Интерес биологов к этой бактерии, возможно, останется, поскольку она отличается исключительной способностью выживать в присутствии ядовитого мышьяка даже после того, как он проник внутрь клетки.

Открытие

Озеро Моно
Предложенная структура ДНК бактерии

Микроорганизм GFAJ-1 был обнаружен из Астробиологического института НАСА в Менло-Парке , Калифорния. Организм был выделен в чистую культуру в начале 2009 года из отложений, которые исследовательница и её коллеги собрали вдоль берега озера Моно . Это гиперсалинное и очень щелочное озеро, в котором имеется одна из самых высоких естественных концентраций мышьяка в мире (200 мкM/л ). Об открытии было широко сообщено 2 декабря 2010.

Учёными было выдвинуто предположение, что эти микроорганизмы в условиях нехватки фосфора способны жить и размножаться, замещая фосфор в составе ДНК на токсичный для других форм жизни мышьяк . По словам Вольф-Саймон: «Мы знали, что некоторые микробы могут дышать мышьяком, но теперь мы нашли микробов, делающих кое-что новое — они выстраивают части собственного организма из мышьяка» .

Предположения о возможности существования организмов, у которых роль фосфора может выполнять мышьяк, выдвигались и ранее . Открытие организма, использующего в своей биохимии элементы, отличающиеся от общих для земной жизни углерода , кислорода , водорода , азота , фосфора и серы , могло бы добавить вес гипотезе об альтернативной биохимии и помочь в понимании возможных путей эволюции земной жизни и в поиске жизни на других планетах .

Фосфор является одним из необходимых элементов жизни. Он входит в состав аденозинтрифосфата , универсального переносчика энергии клетки. Также фосфор является составной частью фосфолипидов , формирующих мембраны клеток .

Однако сообщение о том, что мышьяк может образовывать такие же устойчивые органические соединения, что и фосфор, вызвало волну критики в мировом научном сообществе. В частности, указывалось, что не был проведен рентгеноструктурный анализ ДНК, который смог бы дать точный ответ на вопрос, присутствует ли мышьяк в ДНК бактерии .

Критики, подвергающие сомнению связь между содержанием мышьяка в организме бактерии и использованием его в качестве компонентов организма, указывали на возможность существования механизма изоляции крупинок мышьяка в вакуолях , наподобие механизма изоляции серы в серных бактериях . Выдвигалось также предположение, что мышьяк используется бактериями не для построения ДНК, а ограничивается использованием мышьяколипидов, из которых, теоретически, могут быть построены клеточные мембраны , причём, скорее всего, из-за химической нестабильности мышьяколипидов, в комбинации с фосфолипидами.

Опровержение

Фото бактерии GFAJ-1, растущих в среде с фосфором. (Из статьи F. Wolfe-Simon и J. Switzer Blum)
Фото бактерии GFAJ-1, растущих в среде с мышьяком. (Из статьи F. Wolfe-Simon и J. Switzer Blum)

Через два года после открытия сразу две независимые группы исследователей опровергли факт существования биологически значимого мышьяка в ДНК бактерии.

Профессор () в своём блоге 4 декабря 2010 года, анализируя статью Фелисы Вольф-Саймон, написала о том, что «высокотехнологичным методам определения содержания мышьяка, вроде масс-спектрометрии, предшествовали крайне примитивные методы выделения и очистки». 21 июня 2011 года профессор получила для исследования живой штамм GFAJ-1. Ещё полгода потребовалось группе под руководством Рэдфилд ( Университет Британской Колумбии , Ванкувер, Канада; Принстонский университет , США; , США), чтобы разобраться с условиями роста штамма GFAJ-1 в условиях избытка, или наоборот, недостатка различных элементов (калия, кальция, натрия, фосфора, мышьяка). Наконец, 14 января 2012 года, были обнародованы результаты. Из двух культур штамма, одна из которых была выращена в условиях избытка мышьяка, а вторая — при его отсутствии, была выделена ДНК. В результате, по данным центрифугирования в CsCl -градиенте и масс-спектрометрии мышьяк не был обнаружен ни в одной из проб. Таким образом, было доказано, что мышьяк не встраивается в ДНК бактерии GFAJ-1. Наличие мышьяка в работах Вольф-Саймон объяснялось небрежными методами очистки .

Группа исследователей из Института микробиологии Высшей технической школы Цюриха (Швейцария) показала, что даже в условиях недостатка фосфора и избытка соединений мышьяка бактерии до последнего будут использовать фосфор. Если концентрация фосфора падает ниже некоторого предельно допустимого значения, рост бактерий прекращается, и никакой мышьяк помочь им не в состоянии. Органические молекулы с мышьяком действительно могут попадаться в бактериях GFAJ-1, но, как оказалось, эти молекулы образуются абиотическим образом, то есть без помощи бактериальных ферментов, и самой бактерией не используются .

Некоторые СМИ утверждают, что «группа биологов из Ванкуверского университета Британской Колумбии опровергла свои же выводы» . Однако это неверно — открывателями бактерии (и авторами утверждения о наличии мышьяка в ДНК) является группа Ф. Вулф-Саймон, , Калифорния, США.

В октябре 2012 года опубликована статья, авторы которой показали, что поверхностные белки GFAJ-1 связывают преимущественно фосфаты . Такое поведение наблюдалось даже тогда, когда концентрация арсенатов в среде была в 4,5 тысячи раз больше, чем фосфатов .

См. также

Примечания

  1. Wolfe-Simon F., Blum J.S., Kulp T.R., et al. (англ.) // Science : journal. — 2010. — December. — doi : . — . 10 января 2012 года.
  2. (англ.) . naturenews. Дата обращения: 26 января 2011. 24 февраля 2012 года.
  3. (рус.) . membrana. Дата обращения: 26 января 2011. Архивировано из 28 января 2012 года.
  4. — журнал «В мире науки», № 3, март 2008 г.
  5. Алексей Тимошенко. (рус.) . Фундаментальные основы жизни . gzt.ru (29 декабря 2010). Дата обращения: 29 декабря 2010. 23 апреля 2011 года.
  6. (рус.) . РИА Новости (3 декабря 2010). Дата обращения: 4 декабря 2010. 6 июля 2012 года.
  7. Надежда Маркина. (рус.) . Infox.ru (13 декабря 2010). Дата обращения: 13 декабря 2010. 6 июля 2012 года.
  8. (англ.) от 12 июля 2018 на Wayback Machine // от 15 февраля 2019 на Wayback Machine , 16 dec 2011
  9. Елена Клещенко. (рус.) . Дата обращения: 26 июля 2012. 9 августа 2012 года.
  10. Кирилл Стасевич. (рус.) . Дата обращения: 26 июля 2012. Архивировано из 12 июля 2012 года.
  11. (рус.) . Дата обращения: 26 июля 2012. Архивировано из 20 декабря 2012 года.
  12. (рус.) . Дата обращения: 26 июля 2012. 9 августа 2012 года.
  13. (рус.) . Lenta.ru (4 октября 2012). Дата обращения: 6 июля 2020. 23 сентября 2020 года.
  14. (неопр.) . Nature News (3 октября 2012). 8 декабря 2012 года.

Ссылки

  • Wolfe-Simon, Felisa; Blum, Jodi Switzer; Kulp, Thomas R.; Gordon, Gwyneth W.; Hoeft, Shelley E.; Pett-Ridge, Jennifer; Stolz, John F.; Webb, Samuel M.; Weber, Peter K.; Davies, Paul C. W.; Anbar1, Ariel D.; Oremland, Ronald S. (2010-12-02), Science (AAAS). doi : (англ.)

megan
  • 2021-02-18
  • 1

Same as GFAJ-1

The title for the last searches