Le contrecoup du journal sur la «vie de l'arsenic», publié le 2 décembre, est toujours en cours. Certaines des critiques portaient sur la science, tandis que beaucoup plus de critiques concernaient la couverture des informations et la façon dont la NASA a présenté ou «taquiné» le public avec des nouvelles, en utilisant les mots «astrobiologie» et «vie extraterrestre» dans leur annonce d'une prochaine conférence de presse. Aujourd'hui, lors de la conférence de l'American Geophysical Union, l'un des scientifiques de l'équipe, Ron Oremland, a discuté des retombées de la couverture de l'actualité, et je vais en donner un aperçu sous peu. À peu près au même moment, l'équipe scientifique a publié une déclaration et des FAQ sur l'article scientifique. Vous trouverez ci-dessous cette déclaration et les informations fournies par l'équipe scientifique.
Réponse aux questions concernant l'article scientifique, «Une bactérie qui peut se développer en utilisant de l'arsenic au lieu du phosphore»
-Au 16 décembre 2010-
Un article de recherche publié le 2 décembre 2010 par la revue Science a fourni plusieurs éléments de preuve, suggérant collectivement qu'une bactérie isolée du lac Mono en Californie peut substituer l'arsenic à un petit pourcentage de son phosphore et soutenir sa croissance.
Cette découverte était surprenante car six éléments - carbone, oxygène, hydrogène, azote, soufre et phosphore - constituent la plupart des molécules organiques dans la matière vivante, y compris les acides nucléiques, les protéines et les lipides. Les scientifiques non affiliés à l'équipe de recherche ont donc posé des questions difficiles à propos de la recherche.
Un objectif clé de la publication savante est de faire avancer la science en présentant des données intéressantes et en proposant des hypothèses testables. Naturellement, les résultats les plus surprenants ont tendance à générer la réponse et l'examen les plus intenses de la communauté scientifique. Les réponses post-publication à la recherche originale et les efforts pour tester et reproduire les résultats, en particulier en cas de découvertes inattendues, sont un mécanisme essentiel pour faire avancer les connaissances scientifiques.
Les rédacteurs scientifiques ont maintenant reçu un certain nombre de commentaires techniques et de lettres répondant à l'article «Une bactérie qui peut se développer en utilisant de l'arsenic au lieu du phosphore», de Felisa Wolfe-Simon et ses collègues. Les commentaires et réponses feront l'objet d'un examen et nous les publierons dans un prochain numéro de Science.
Entre-temps, dans le but de promouvoir la compréhension du travail par le public, l'article de recherche et un article connexe ont été mis gratuitement à la disposition du public via le site Web Science pour le mois prochain. Ces articles peuvent être consultés en ligne ici:
L'équipe Wolfe-Simon, théorisant que certaines bactéries pourraient peut-être utiliser l'arsenic ou tolérer une certaine substitution au phosphore dans les molécules organiques, a collecté des microbes dans le lac Mono riche en arsenic puis les a progressivement sevrés du phosphore, en les alimentant à la place. L'équipe a indiqué qu'elle avait pris des mesures pour exclure toute contamination au phosphore. Ils ont conclu que leurs preuves suggéraient que l'arsenic avait remplacé un petit pourcentage du phosphore dans leur ADN.
Différents types de preuves ont été décrits par les auteurs, notamment:
* Plasma à couplage inductif spectrométrie de masse.
Les auteurs ont rapporté que ces résultats ont révélé que l'arsenic se trouvait à l'intérieur des cellules bactériennes, suggérant qu'il ne s'agissait pas simplement d'un contaminant collé à l'extérieur des cellules;
* Marquage radioactif de l'arsenic.
L'équipe de Wolfe-Simon a déclaré que ces preuves leur avaient permis de repérer la substance normalement toxique dans les fractions protéique, lipidique, d'acide nucléique et de métabolite des cellules, suggérant qu'elle avait été absorbée par des molécules formant chaque fraction.
* Spectrométrie de masse d'ions secondaires à haute résolution de l'ADN après sa séparation des bactéries.
Les auteurs ont rapporté que ces preuves suggéraient que l'ADN isolé contenait toujours de l'arsenic.
* Analyse aux rayons X à haute intensité (synchrotron).
Sur la base de ces preuves, les auteurs ont conclu que l'arsenic dans les bactéries semblait remplacer les phosphates dans l'ADN et d'autres molécules.
Les questions sur les résultats ont eu tendance à se concentrer sur la question de savoir si les bactéries avaient vraiment incorporé de l'arsenic dans l'ADN et si les microbes avaient complètement cessé de consommer du phosphore. Alors que l'équipe préfère répondre aux questions par le biais d'un processus évalué par les pairs, Felisa Wolfe-Simon et Ron Oremland ont fourni ici des informations supplémentaires en tant que service public, et pour clarifier leurs données et procédures. La science souligne que ces réponses n'ont pas fait l'objet d'un examen par les pairs; ils sont fournis au nom des auteurs uniquement à titre de service d'information public, tandis que l'examen plus formel de leurs réponses aux commentaires envoyés à Science se poursuit.
Questions et réponses préliminaires
Question: Certaines personnes se sont demandé si l'ADN était suffisamment nettoyé par votre technique utilisant l'électrophorèse sur gel, pour le séparer des autres molécules. Pensez-vous que c'est une préoccupation valable?
Réponse:
Notre protocole d'extraction et de purification d'ADN commence par des cellules lavées, granulées à partir de milieux. Ceux-ci sont ensuite soumis à un protocole d'extraction d'ADN standard, qui comprenait plusieurs étapes de chloroforme de phénol pour éliminer les impuretés, y compris tout arséniate non incorporé (As). Après cela, l'ADN a été soumis à une électrophorèse, séparant davantage l'ADN des impuretés. Tout As résiduel du milieu aurait été éliminé en lavant les cellules avant l'extraction et en les répartissant dans la phase aqueuse pendant les 3 étapes phénol: chloroforme de l'extraction. Si As était incorporé dans un lipide ou une protéine, il se serait partagé en phénol, phénol: chloroforme ou fractions chloroforme. De plus, l'ADN extrait de cette manière sur d'autres échantillons a également été utilisé avec succès dans d'autres analyses, y compris la PCR, qui nécessitent un ADN hautement purifié.
L'arsenic mesuré par NanoSIMS dans la bande de gel est conforme à nos autres mesures et à un autre élément de preuve.
Notre expérience radiomarquée 73AsO43- a montré que du radiomarqueur total associé au culot cellulaire 11,0% ± 0,1% était associé à la fraction ADN / ARN. Cela a indiqué que nous devrions nous attendre à de l'arséniate du pool total associé aux acides nucléiques. Pour interpréter ces données, nous avons couplé notre interprétation avec nos preuves EXAFS suggérant que l'arsenic intracellulaire était lié à As (V) à C, et n'était pas libre en solution sous forme d'ion. Cela suggère que l'As is in, une molécule organique avec des distances de liaison cohérentes avec un environnement chimique analogue au phosphate (Figs. 3A, tableau des «longueurs de liaison» S3). Pour étayer notre interprétation des deux analyses mentionnées ci-dessus, nous avons utilisé un troisième élément de preuve de NanoSIMS, une technique complètement différente des deux autres. Nous trouvons de l'arsenic élémentaire (tel que mesuré par NanoSIMS) associé à la bande de gel qui est plus de deux fois l'arrière-plan dans le gel. Sur la base de la discussion ci-dessus, nous ne pensons pas que ce soit une préoccupation valable.
Question: D'autres ont fait valoir que l'ADN lié à l'arséniate aurait dû rapidement s'effondrer lorsqu'il avait été exposé à l'eau. Pourriez-vous répondre à cela?
Réponse:
Nous n'avons connaissance d'aucune étude portant sur l'arséniate lié dans des polyesters à longue chaîne ou des di ou triesters nucléotidiques d'arséniate, qui serait directement pertinente pour notre étude. Des études publiées ont montré que les esters d'arsenic simples ont des taux d'hydrolyse beaucoup plus élevés que les esters de phosphate (1-3). Les expériences publiées à ce jour ont spécifiquement porté sur l'échange ou l'hydrolyse d'alkyl triesters d'arséniate [Eqn. 1] et les diesters d'alkyle de l'arsénite [Eqn. 2]:
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
où R = méthyle, éthyle, n-pentyle et isopropyle. La référence 2 a démontré que les taux d'hydrolyse pour ces triesters d'alkyle simples d'arséniate diminuaient avec l'augmentation de la longueur de chaîne carbonée (complexité) du substituant alkyle (méthyle> éthyle> n-pentyle> isopropyle). Aucun travail n'a été effectué sur les taux d'hydrolyse des nucléotides liés à l'arséniate ou d'autres fragments biologiquement pertinents.
Si la tendance du taux d'hydrolyse indiquée dans la réf. 2 continue à peser sur des matières organiques de plus grand poids, comme celles que l'on trouve dans les biomolécules, il est concevable que les biopolymères liés à l'arséniate pourraient être plus résistants à l'hydrolyse qu'on ne le pensait auparavant. Les petits composés modèles étudiés dans les Réf. 1-3 sont relativement flexibles et peuvent facilement adopter la géométrie idéale pour que l'eau attaque la liaison arséno-ester. Les esters d'arséniate de grosses biomolécules, cependant, sont susceptibles d'être plus stériquement entravés, ce qui entraîne des taux d'hydrolyse plus lents.
Ce type de contrainte stérique sur la vitesse de réaction explique la large gamme de vitesses observées dans le comportement de certains nucléotides liés au phosphate. Dans les petits ribozymes, les liaisons phophodiester au site de catalyse peuvent être hydrolysées de l'ordre de dizaines de secondes (avec un taux chimique de 1 s-1). Cette amélioration de la vitesse est obtenue en orientant la liaison pour une attaque en ligne par un nucléophile (un groupe hydroxyle 2 'adjacent). De plus, les modèles d'autodégradation sont cohérents avec la composition de base spécifique. D'un autre côté, les taux d'hydrolyse des liaisons phosphodiester sous forme de duplex d'ARN sont beaucoup plus lents, car ces liaisons ne peuvent pas accéder facilement à la géométrie nécessaire à l'hydrolyse.
Les taux dans l'ADN peuvent être beaucoup plus lents que les composés modèles en raison des contraintes géométriques imposées au squelette par l'hélice.
La cinétique de l'hydrolyse des biopolymères liés à l'arséniate est clairement un domaine où davantage de recherches sont justifiées.
Question: Est-il possible que les sels de vos milieux de croissance aient fourni suffisamment de traces de phosphore pour soutenir les bactéries?
Réponse:
Les données et l'étiquetage des échantillons du tableau S1 ont créé une certaine confusion. Pour clarifier, pour chaque expérience, un seul lot d'eau artificielle Mono Lake a été préparé avec la formulation suivante: sels AML60, pas de P, pas d'As, pas de glucose, pas de vitamines. Le tableau S1 montre des exemples de mesures ICPMS de phosphore élémentaire (~ 3 µM) et d'arséniate effectuées sur cette formulation avant tout ajout supplémentaire. Ensuite, nous avons ajouté du glucose et des vitamines pour les trois traitements et soit As pour les traitements + As ou P pour les traitements + P. Les mesures de P effectuées sur le milieu après l'ajout de saccharose et de vitamines et après l'ajout de As étaient également d'environ 3 µM dans ce lot. Par conséquent, il était clair que toute impureté de P qui avait été mesurée (~ 3 µM, c'était la plage élevée) était entrée avec les principaux sels et que toutes les expériences contenaient un fond de P identique (y compris tout P introduit avec l'inocula de culture).
Dans l'article scientifique, nous montrons les données d'une expérience de nombreuses expériences répliquées qui ne démontrent aucune croissance de cellules dans des milieux sans arséniate ou phosphate ajouté (figure 1). Ces données démontrent clairement que la souche GFAJ-1 n'a pas pu utiliser le P à 3 µM pour soutenir une croissance supplémentaire en l'absence d'arséniate. De plus, la teneur en P intracellulaire déterminée pour les cellules cultivées + As / -P n'était pas suffisante pour supporter l'exigence complète de P pour la fonction cellulaire.
Remarque sur la culture: Toutes les expériences ont été initiées avec des inoculums de conditions soutenues + As / -P. Avant les expériences, les cellules avaient été cultivées à long terme, pendant plusieurs générations à partir d'une seule colonie cultivée sur un milieu solide sans phosphate ajouté. Avant cela, ils étaient cultivés comme un enrichissement pour plus de 10 transferts et toujours dans un nouveau milieu qui était + As / -P. Nous pensons donc qu'il n'y a pas de transfert significatif de P. Nous soutenons également qu'il n'y aurait pas eu suffisamment de P cellulaire pour soutenir une croissance supplémentaire basée sur un bassin de recyclage interne de P.
Question: Y a-t-il autre chose que vous aimeriez que le public comprenne au sujet de vos recherches ou du processus scientifique?
Réponse: Pour nous tous, toute notre équipe, ce que c'était était inimaginable. Nous sommes un groupe de scientifiques qui se sont réunis pour s'attaquer à un problème vraiment intéressant. Nous avons chacun utilisé nos talents, de la prouesse technique à la discussion intellectuelle, pour déterminer objectivement ce qui se passait exactement dans nos expériences. Nous avons librement admis dans le journal et dans la presse qu'il y avait beaucoup, beaucoup plus de travail à faire par nous et toute une série d'autres scientifiques. La conférence de presse comprenait même un expert technique, le Dr Steven Benner, qui a exprimé certaines des préoccupations auxquelles nous avons répondu ci-dessus. Une partie de notre raison pour apporter ce travail à la communauté était de faire les liens intellectuels et techniques pour plus de collaborations afin de répondre à plusieurs des questions persistantes. Nous étions transparents avec nos données et montrions chaque donnée et résultat intéressant. Les conclusions de notre article sont basées sur ce que nous avons estimé être le moyen le plus parcimonieux d'interpréter une série d'expériences où aucune expérience ne serait en mesure de répondre à la grande question. "Un microbe pourrait-il utiliser de l'arsenic à la place du phosphore pour soutenir sa croissance?" La meilleure science nous ouvre de nouvelles questions en tant que communauté et suscite l'intérêt et l'imagination du grand public. En tant que communicateurs et représentants de la science, nous pensons que le soutien de nouvelles idées avec des données est essentiel, mais aussi pour générer de nouvelles idées pour que les autres réfléchissent et mettent leurs talents à contribution.
Nous sommes impatients de travailler avec d'autres scientifiques, soit directement, soit en mettant les cellules à disposition gratuitement et en fournissant des échantillons d'ADN aux experts appropriés pour leurs analyses, dans le but de fournir un meilleur aperçu de cette découverte intrigante.
Références
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. Artisanat, Bull. Soc. Chim. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, Biochemistry 23, 955 (1984).
Source: site Web de Felisa Wolf-Simon, Iron Lisa
