A reação do artigo "vida do arsênico", publicada em 2 de dezembro, ainda está em andamento. Algumas das críticas foram sobre a ciência, enquanto muito mais críticas foram sobre a cobertura das notícias e também sobre como a NASA introduziu ou "provocou" o público com notícias, usando as palavras "astrobiologia" e "vida extraterrestre" em suas anúncio de uma próxima conferência de imprensa. Hoje, na conferência da União Geofísica Americana, um dos cientistas da equipe, Ron Oremland, discutiu as consequências da cobertura noticiosa e apresentarei uma visão geral disso em breve. Na mesma época, a equipe científica divulgou uma declaração e algumas perguntas frequentes sobre o artigo científico. Abaixo está a declaração e as informações fornecidas pela equipe científica.
Resposta a perguntas relacionadas ao artigo científico, “Uma bactéria que pode crescer usando arsênico em vez de fósforo”
- Em 16 de dezembro de 2010 -
Um artigo de pesquisa publicado em 2 de dezembro de 2010 pela revista Science forneceu várias linhas de evidência, sugerindo coletivamente que uma bactéria isolada do Lago Mono da Califórnia pode substituir o arsênico por uma pequena porcentagem de seu fósforo e sustentar seu crescimento.
Essa descoberta foi surpreendente porque seis elementos - carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, enxofre e fósforo - compõem a maioria das moléculas orgânicas presentes na matéria viva, incluindo ácidos nucléicos, proteínas e lipídios. Os cientistas não afiliados à equipe de pesquisa fizeram, portanto, perguntas desafiadoras sobre a pesquisa.
Um dos principais objetivos da publicação acadêmica é promover a ciência, apresentando dados interessantes e propondo hipóteses testáveis. Compreensivelmente, as descobertas mais surpreendentes tendem a gerar a resposta e o escrutínio mais intensos da comunidade científica. As respostas pós-publicação à pesquisa original e os esforços para testar e replicar os resultados, especialmente em casos de descobertas inesperadas, são um mecanismo essencial para o avanço do conhecimento científico.
Os editores de ciências agora receberam uma série de comentários técnicos e cartas respondendo ao artigo "Uma bactéria que pode crescer usando arsênico em vez de fósforo", de Felisa Wolfe-Simon e colegas. Os comentários e respostas serão submetidos a revisão e os publicaremos em uma edição futura da Science.
Enquanto isso, em um esforço para promover a compreensão pública do trabalho, o artigo de pesquisa e uma notícia relacionada foram disponibilizados gratuitamente ao público no site da Science durante o próximo mês. Estes artigos podem ser encontrados online aqui:
A equipe de Wolfe-Simon, teorizando que talvez algumas bactérias possam usar arsênico ou tolerar alguma substituição de fósforo em moléculas orgânicas, coletou micróbios do Mono Lake, rico em arsênico, e depois os retirou gradualmente do fósforo, alimentando-os com arsênico. A equipe informou que tomou medidas para descartar qualquer contaminação com fósforo. Eles concluíram que suas evidências sugeriam que o arsênico havia substituído uma pequena porcentagem do fósforo em seu DNA.
Vários tipos de evidência foram descritos pelos autores, incluindo:
* Espectrometria de massa por plasma indutivamente acoplado.
Os autores relataram que esses resultados revelaram que o arsênico estava dentro das células bacterianas, sugerindo que não era apenas um contaminante grudado no exterior das células;
* Rotulagem radioativa de arsênico.
A equipe de Wolfe-Simon disse que essa evidência lhes permitiu identificar a substância normalmente tóxica nas frações de proteínas, lipídios, ácidos nucléicos e metabólitos das células, sugerindo que elas foram absorvidas pelas moléculas que formam cada fração.
* Espectrometria de massa de íons secundários de alta resolução do DNA após a separação das bactérias.
Os autores relataram que essa evidência sugeria que o DNA isolado ainda continha arsênico.
* Análise de raios X de alta intensidade (síncrotron).
Com base nessas evidências, os autores concluíram que o arsênico nas bactérias parecia substituir os fosfatos no DNA e em outras moléculas.
Perguntas sobre os resultados tendem a se concentrar se as bactérias realmente incorporaram o arsênico no DNA e se os micróbios pararam completamente de consumir fósforo. Enquanto a equipe prefere abordar perguntas por meio de um processo revisado por pares, Felisa Wolfe-Simon e Ron Oremland forneceram algumas informações adicionais aqui como serviço público e esclarecer seus dados e procedimentos. A ciência enfatiza que essas respostas não foram revisadas por pares; elas são fornecidas em nome dos autores apenas como um serviço de informações públicas, enquanto a revisão mais formal de suas respostas aos comentários enviados à Science continua.
Perguntas e Respostas Preliminares
Pergunta: Algumas pessoas questionaram se o DNA foi suficientemente limpo por sua técnica usando eletroforese em gel, para separá-lo de outras moléculas. Você acha que isso é uma preocupação válida?
Responda:
Nosso protocolo de extração e purificação de DNA começa com células lavadas, granuladas a partir da mídia. Estes são então submetidos a um protocolo de extração de DNA padrão, que inclui várias etapas de clorofórmio de fenol para remover impurezas, incluindo qualquer arseniato não incorporado (As). Depois disso, o DNA foi submetido a eletroforese, separando ainda mais o DNA das impurezas. Qualquer resíduo residual do meio teria sido removido lavando as células antes da extração e particionando na fase aquosa durante as 3 etapas de fenol: clorofórmio na extração. Se o As fosse incorporado em um lipídio ou proteína, ele seria particionado nas frações fenol, fenol: clorofórmio ou clorofórmio. Além disso, o DNA extraído dessa maneira em outras amostras também foi utilizado com sucesso em análises adicionais, incluindo PCR, que requerem DNA altamente purificado.
O arsênico medido pelo NanoSIMS na banda de gel é consistente com nossas outras medições e outra linha de evidência.
Nosso experimento marcado com 73AsO43- radiomarcado mostrou que, do radiomarcador total associado ao sedimento celular, 11,0% ± 0,1% estava associado à fração DNA / RNA. Isso indicou que deveríamos esperar algum arsenato do pool total associado aos ácidos nucleicos. Para interpretar esses dados, combinamos nossa interpretação com nossas evidências EXAFS, sugerindo que o arsênico intracelular estava ligado a As (V) em C e não estava livre em solução como íon. Isto sugere que o As está presente, uma molécula orgânica com distâncias de ligação consistentes com um ambiente químico análogo ao fosfato (Fig. 3A, tabela S3 "comprimentos de ligação"). Apoiando ainda mais nossa interpretação das duas análises mencionadas anteriormente, usamos uma terceira linha de evidência do NanoSIMS, uma técnica completamente diferente das outras duas. Encontramos arsênico elementar (medido pelo NanoSIMS) associado à banda de gel que é mais de duas vezes o fundo do gel. Com base na discussão acima, não achamos que isso seja uma preocupação válida.
Pergunta: Outros argumentaram que o DNA ligado ao arseniato deveria ter desmoronado rapidamente quando exposto à água. Você poderia resolver isso?
Responda:
Não temos conhecimento de estudos que abordem arsenato ligado a poliésteres de cadeia longa ou diésteres ou triésteres de nucleotídeos de arsenato, que seriam diretamente relevantes para o nosso estudo. Estudos publicados mostraram que os ésteres simples de arsênico têm taxas de hidrólise muito mais altas que os ésteres de fosfato (1-3). As experiências publicadas até o momento analisaram especificamente a troca ou hidrólise de tri-ésteres de alquila do arseniato [Eqn. 1] e di-ésteres alquílicos de arsenito [Eqn. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
onde R = metil, etil, n-pentil e isopropil. A referência 2 demonstrou que as taxas de hidrólise para esses alquilésteres simples de arsenato diminuíram com o aumento do comprimento da cadeia de carbono (complexidade) do substituinte alquil (metil> etil> n-pentil> isopropil). Nenhum trabalho foi realizado sobre as taxas de hidrólise de nucleotídeos ligados a arseniato ou outras porções biologicamente relevantes.
Se a tendência da taxa hidrolítica relatada na ref. 2 continua a produtos orgânicos de maior peso, como os encontrados nas biomoléculas, é concebível que os biopolímeros ligados ao arseniato possam ser mais resistentes à hidrólise do que se pensava anteriormente. Os pequenos compostos modelo investigados nas refs. 1-3 são relativamente flexíveis e podem facilmente adotar a geometria ideal para a água atacar a ligação arseno-éster. Ésteres de arseniato de grandes biomoléculas, no entanto, provavelmente serão mais estereoquimicamente impedidos, levando a taxas mais lentas de hidrólise.
Este tipo de restrição estérica na taxa de reação é responsável pela grande variedade de taxas observadas no comportamento de alguns nucleotídeos ligados ao fosfato. Em pequenas ribozimas, as ligações dos filofosésteres no local da catálise podem ser hidrolisadas na ordem de dezenas de segundos (com uma taxa química de 1 s-1). Esse aprimoramento da taxa é obtido orientando a ligação para o ataque em linha por um nucleófilo (um grupo hidroxila 2 'adjacente). Além disso, os padrões de autodegradação são consistentes com a composição de base específica. Por outro lado, as taxas de hidrólise para as ligações fosfodiéster na forma A dos dúplexes de RNA são muitas ordens de magnitude mais lenta, porque essas ligações não podem acessar facilmente a geometria necessária para a hidrólise.
As taxas no DNA podem ser muito mais lentas que os compostos do modelo, devido às restrições geométricas impostas à espinha dorsal pela hélice.
A cinética da hidrólise de biopolímeros ligados a arseniato é claramente uma área em que mais pesquisas são necessárias.
Pergunta: É possível que os sais do seu meio de crescimento tenham fornecido fósforo traço suficiente para sustentar a bactéria?
Responda:
Os dados e a amostra da etiqueta na Tabela S1 causaram alguma confusão. Para esclarecer, para cada experimento, foi feito um único lote de água artificial do Mono Lake com a seguinte formulação: sais AML60, sem P, sem P, sem As, sem glicose, sem vitaminas. A Tabela S1 mostra exemplos de medições por ICPMS de fósforo elementar (~ 3 µM) e arseniato feitos nesta formulação antes de qualquer adição adicional. Em seguida, adicionamos glicose e vitaminas para todos os três tratamentos e como para os tratamentos + As ou P para os tratamentos + P. As medições de P feitas no meio após a adição de sacarose e vitaminas e após a adição de As também foram ~ 3 µM neste lote. Portanto, ficou claro que qualquer impureza de P que foi medida (~ 3 µM, essa era a faixa alta) entrou com os sais principais e que todas as experiências contêm um fundo de P idêntico (incluindo qualquer P trazido com o inóculo da cultura).
No artigo da Science, mostramos dados de um experimento de muitos experimentos replicados que não demonstram crescimento de células na mídia sem adição de arseniato ou fosfato (Figura 1). Estes dados demonstram claramente que a estirpe GFAJ-1 foi incapaz de utilizar o P 3 µM para suportar um crescimento adicional na ausência de arsenato. Além disso, o conteúdo intracelular de P determinado para as células cultivadas + As / -P não foi suficiente para suportar o requisito completo de P para a função celular.
Nota sobre cultura: Todas as experiências foram iniciadas com inóculos de condições sustentadas + As / -P. Antes das experiências, as células cresceram a longo prazo, por várias gerações, a partir de uma única colônia cultivada em meio sólido sem adição de fosfato. Antes disso, eles eram cultivados como um enriquecimento por mais de 10 transferências e sempre em um novo meio que era + As / -P. Portanto, achamos que não há transferência significativa de P. Também argumentamos que não haveria P celular suficiente para suportar um crescimento adicional com base em um pool de reciclagem interno de P.
Pergunta: Há mais alguma coisa que você gostaria que o público entendesse sobre sua pesquisa ou sobre o processo científico?
Responda: Para todos nós, como toda a nossa equipe, era inimaginável. Somos um grupo de cientistas que se reuniram para enfrentar um problema realmente interessante. Cada um de nós usou nossos talentos, da proeza técnica à discussão intelectual, para determinar objetivamente o que exatamente estava acontecendo em nossos experimentos. Admitimos livremente no jornal e na imprensa que havia muito, muito mais trabalho a ser feito por nós e por toda uma série de outros cientistas. A conferência de imprensa incluiu até um especialista técnico, o Dr. Steven Benner, que manifestou algumas das preocupações às quais respondemos acima. Parte de nossa razão para levar esse trabalho para a comunidade foi fazer as conexões intelectuais e técnicas para mais colaborações, para responder a muitas das questões remanescentes. Éramos transparentes com nossos dados e mostramos todos os dados e resultados interessantes. As conclusões de nosso artigo são baseadas no que consideramos a maneira mais parcimoniosa de interpretar uma série de experimentos em que nenhum experimento seria capaz de responder à grande questão. "Um micróbio poderia usar arsênico no lugar do fósforo para sustentar seu crescimento?" A melhor ciência abre novas questões para nós como comunidade e desperta o interesse e a imaginação do público em geral. Como comunicadores e representantes da ciência, sentimos que o apoio a novas idéias com dados é fundamental, mas também para gerar novas idéias para que outras pessoas pensem e tragam seus talentos.
Esperamos ansiosamente trabalhar com outros cientistas, diretamente ou disponibilizando as células gratuitamente e fornecendo amostras de DNA a especialistas apropriados para suas análises, em um esforço para fornecer mais informações sobre essa descoberta intrigante.
Referências
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. Artesanato, Bull. Soc. Chim. Pe. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Fonte: site de Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
