Panování | Bakterie |
---|---|
Větev | Proteobakterie |
Třída | Gama proteobakterie |
Objednat | Oceanospirillales |
Rodina | Halomonadaceae |
Druh | Halomonas |
GFAJ-1 je extremofilní bacil z čeledi Halomonadaceae a rodu Halomonas , izolovaný z Mono Lake v Kalifornii . Tento kmen, který byl kultivován v médiu bez fosforu , byl v roce 2010 představen jako schopný používat arsen , obvykle toxický, k jeho nahrazení při tvorbě nukleotidů . V roce 2012 článek publikovaný v Nature tuto hypotézu odmítl a dnes existuje vědecká shoda, že GFAJ-1 je organismus rezistentní na arzeničnan, ale závislý na fosfátu.
Tento bakteriální kmen, GFAJ-1, objevila geomikrobiologka Felisa Wolfe-Simon , biologka z NASA, která pracuje v Geologickém průzkumu USA v Menlo Parku v Kalifornii . Bylo shromážděno v roce 2009 ze sedimentů, které Wolfe-Simon a jeho kolegové shromáždili na břehu jezera Mono . Toto jezero je velmi bohaté na soli a silně alkalické a má také jednu z nejvyšších koncentrací arsenu na světě (200 µmol L −1 ). Tento bacil je zpočátku prezentován jako schopný růst v médiu bez fosforu metabolizací arsenu přítomného v médiu ve formě arzeničnanového iontu.
Fylogeneze kmene GFAJ-1
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fylogeneze kmene GFAJ-1 a některých příbuzných bakterií na základě sekvence genu kódujícího 16S ribozomální RNA |
Podle výsledků sekvenování genu kódujícího 16S ribozomální RNA patří bakterie GFAJ-1 do rodu Halomonas . Tyto bakterie jsou halofilní bakterie , o nichž je také známo, že tolerují vysoké hladiny arsenu, ale GFAJ-1 to může zlepšit. Když je zbaven fosforu, může místo toho používat arsen a pokračovat v růstu.
Ve čtvrtek 2. prosince 2010 na 2 hod EST, objev tohoto kmene bylo oznámeno na tiskové konferenci NASA, zároveň časopis Science publikoval on-line vědecký článek, který popisuje izolaci tohoto kmene a zkoušky provedeny.
Kmen GFAJ-1 byl izolován na břehu jezera Mono Lake, jezera hypersalin , hyperalkalin ( pH 10) s průměrnou koncentrací arsenu 200 μ mol l -1 . Schopnost používat arsen místo fosforu byla měřena inkubací sedimentů z Mono Lake v definovaném minimálním kultivačním médiu. Neobsahoval fosfor ani výživový doplněk, jako je kvasnicový extrakt (doplněk, který se obvykle používá pro kultury mikroorganismů). Následně bylo kultivační médium obohaceno arsenem ve formě iontu arzeničnanu z počáteční koncentrace 100 μmol l −1 na konečnou koncentraci 500 μmol l −1 . Po dobu tří měsíců bylo provedeno sedm desetinných sériových ředění , což vedlo k finálnímu ředění původního inokula faktorem 107 . Postupná ředění umožňují co nejvíce snížit přítomnost fosforu, zbytková koncentrace fosforu byla měřena na 3,1 μmol l −1 (kontaminace původního média, solí tvořících médium a rozkladu již přítomných organismů ve výchozím středu).
Šestý přenos ze sedmi ředění vykazoval růstovou rychlost 0,1 OD za den (jednotka optické hustoty měřená spektrofotometrem při vlnové délce 680 nm ). Tato kultura byla použita k naočkování pevného média (stejné médium plus agar ). Byly pozorovány dva morfologické typy kolonií, které byly odebrány z tohoto pevného média a byly umístěny do kapalné kultury bez fosforu. Kultura vykazující nejrychlejší růst byla zachována pro zbytek experimentů: v této fázi vědci získali čistou kulturu stále neidentifikovaného kmene. Tento kmen mohl být udržován v kultuře v médiu bez fosforu, ale obsahujícího 40 mmol l -1 arzeničnanu a 10 mmol l -1 glukózy.
Bakteriální kmen GFAJ-1 byl identifikován sekvenováním genu kódujícího 16S ribozomální RNA . Fylogenetická analýza této sekvence naznačuje, že tato bakterie patří do rodiny Halomonadaceae a pravděpodobně do rodu Halomonas .
Když se pěstuje v médiu obsahujícím arzeničnan, ale vysoce deficitní ve fosfátu (As + / P-), roste GFAJ-1 o 40% pomaleji ve srovnání s médiem obsahujícím fosfát a žádný arsen (As- / P +). V médiu As + / P- však mají bakterie objem jeden a půlkrát větší než v médiu As- / P +. Toto zvýšení objemu se zdá být spojeno s výskytem velkých vakuol bohatých na poly-β-hydroxybutyrát.
Obsah fosforu v těchto bakteriích byl 0,019% (± 0,001) jejich suché hmotnosti, což je třicetina, která byla zjištěna při kultivaci na médiu s koncentrací fosfátu 1,5 mmol L − 1 a přibližně setinou obvyklého obsahu většiny bakterií. Tento obsah fosforu představuje přibližně jednu desetinu obsahu arsenu v těchto bacilech (0,19 ± 0,25% sušiny).
K jemné analýze osudu arsenu v bakteriích pěstovaných na médiu bez fosforu vědci použili radioaktivní arzeničnan. Pozorovali, že ve stacionární růstové fázi bylo 10% absorbovaného arzenátu inkorporováno do nukleových kyselin, více než 75% bylo nalezeno v proteinové frakci a malá část v lipidech. Autoři ovšem nutné poznamenat, že proteinová frakce získaná extrakcí s fenolem má mnoho neproteinové sloučeniny, a že 75% pozorované jsou pravděpodobně nadhodnocení.
V době vydání článku v časopise Science v prosinci 2010 zůstávají otázky. Zbývá určit, zda je arzén skutečně zabudován do kostry DNA, nebo zda je arzen používán bakteriemi jako náhrada fosforu za jiné metabolity a zda jsou v nich stále přítomny nepatrné stopy fosforu. množství potřebné pro syntézu DNA. Kritika závěrů článku o GFAJ-1 je trojí:
Za stejných fyziologických podmínek se však fosfát nesnižuje na fosfit. „Arsenová“ DNA nemohla existovat, protože nedostatek intracelulárního arzenátu nahradil biologickou roli, kterou hraje fosfát.
Přítomnost arzenu začleněného do páteře DNA lze prokázat analýzou purifikované DNA hmotnostní spektrometrií . U Purificación López-García , mikrobiologa specializovaného na extremofily v CNRS , je podezření skutečnost, že „tato zkušenost se ve zprávě jejich výzkumu neobjevuje“.
Jakmile byl článek publikován, biologové závěry zpochybnili.
V roce 2011 zveřejnila Rosie Redfield na svém blogu celý experimentální protokol a vyvrátila zjištění vědců NASA.
V roce 2012 studie publikovaná v Nature stanoví, že bakterie jsou závislé na fosfátu a jednoduše vysoce rezistentní vůči arzeničnanu.
Další studie všimněte si, že v GFAJ-1 nenašli žádný arzenát.
" Bylo by dobré, kdyby dokázali prokázat, že arsen v DNA je ve skutečnosti v páteři." "