12 월 2 일에 출판 된“비소 생활”논문의 반발은 여전히 진행 중입니다. 비판 중 일부는 과학에 관한 것이었고, 훨씬 더 많은 비판은 뉴스의 보도와 NASA가 뉴스에서 "천문학"과 "외국 적 삶"이라는 단어를 사용하여 대중에게 뉴스를 소개하거나 "아주 괴롭혔다"는 것에 관한 것입니다. 다가오는 기자 회견 발표. 오늘, 팀 과학자 중 한 명인 미국 지구 물리학 연합 (American Geophysical Union) 컨퍼런스에서 Ron Oremland는 뉴스 보도의 실패에 대해 논의했으며, 이에 대한 개요를 곧 제공 할 것입니다. 거의 동시에 과학 팀은 과학 논문에 대한 성명서와 몇 가지 FAQ를 발표했습니다. 아래는 그 진술과 과학 팀이 제공 한 정보입니다.
과학 기사 "인 대신 비소를 사용하여 성장할 수있는 박테리아"에 관한 질문에 대한 답변
-2010 년 12 월 16 일 기준
2010 년 12 월 2 일자 사이언스 (Science) 지에 게재 된 한 연구 기사는 캘리포니아 모노 레이크 (Mono Lake)에서 분리 된 박테리아가 소량의 인을 비소로 대체하여 성장을 유지할 수 있다는 몇 가지 증거를 제시했다.
탄소, 산소, 수소, 질소, 황 및 인과 같은 6 가지 원소가 핵산, 단백질 및 지질을 포함한 생명체의 대부분의 유기 분자를 구성하기 때문에이 발견은 놀랍습니다. 리서치 팀과 관련이없는 과학자들은 리서치에 대한 적절한 질문을했습니다.
학술 출판의 주요 목적은 흥미로운 데이터를 제시하고 검증 가능한 가설을 제시함으로써 과학을 발전시키는 것입니다. 당연히 가장 놀라운 결과는 과학계에서 가장 강렬한 반응과 감시를하는 경향이 있습니다. 독창적 인 연구에 대한 출판 후 반응과 결과를 테스트하고 복제하려는 노력은 특히 예기치 않은 결과가있을 경우 과학 지식을 발전시키는 데 필수적인 메커니즘입니다.
과학 편집자들은 Felisa Wolfe-Simon과 동료들에 의해“인 대신 비소를 사용하여 성장할 수있는 박테리아”라는 기사에 대한 많은 기술적 인 의견과 서한을 받았다. 의견과 답변에 대한 검토가 진행될 예정이며 차후 Science 발행 호에 발표 될 예정입니다.
한편 연구에 대한 대중의 이해를 증진시키기 위해 다음 달 과학 웹 사이트를 통해 연구 기사 및 관련 뉴스 기사를 대중에게 무료로 공개했습니다. 이 기사는 온라인에서 찾을 수 있습니다.
Wolfe-Simon 팀은 아마도 일부 박테리아가 비소를 사용하거나 유기 분자의 인을 대체 할 수 있고 비소가 풍부한 모노 레이크에서 미생물을 수집 한 다음 점차적으로 인에서 분리하여 비소를 공급할 수 있다고 이론화했다. 연구팀은 인 오염을 배제하기위한 조치를 취했다고보고했다. 그들은 비소가 DNA의 인의 일부를 대체했다는 증거가 있다고 결론 지었다.
저자는 다음과 같은 다양한 유형의 증거를 설명했습니다.
* 유도 결합 플라즈마 질량 분석기.
저자들은이 결과가 비소가 박테리아 세포 내부에 있다는 것을 밝혀 냈으며, 이는 단지 세포 외부에 오염 물질이 붙어 있지 않다는 것을 암시한다.
* 비소의 방사성 표지.
Wolfe-Simon의 연구팀은이 증거를 통해 세포의 단백질, 지질, 핵산 및 대사 산물 분획 내에서 일반적으로 독성 물질을 발견 할 수 있었으며, 이는 각 분획을 형성하는 분자에 들어 갔음을 시사합니다.
* 박테리아에서 분리 된 후 DNA의 고해상도 2 차 이온 질량 분석법.
저자들은이 증거가 분리 된 DNA가 여전히 비소를 함유하고 있다고 제안했다.
* 고강도 (싱크로 트로트 론) X- 선 분석.
이 증거에 근거하여 저자들은 박테리아의 비소가 DNA와 다른 분자의 인산염을 대체하는 것으로 보인다고 결론지었습니다.
이 발견에 대한 의문은 박테리아가 DNA에 비소를 실제로 포함 시켰는지 여부와 미생물이 인 소비를 완전히 중단했는지 여부에 초점을 맞추는 경향이 있습니다. Felisa Wolfe-Simon과 Ron Oremland는 동료 검토 과정을 통해 질문을 처리하는 것을 선호하지만 여기에 공공 서비스로 추가 정보를 제공하고 데이터와 절차를 명확히했습니다. 과학은 이러한 반응이 동료 검토되지 않았다고 강조한다. 그들은 과학을 위해 보내진 의견에 대한 그들의 답변에 대한 공식적인 검토가 계속되는 동안 공개 정보 서비스로만 저자를 대신하여 제공됩니다.
예비 Q & A
질문 : 일부 사람들은 겔 전기 영동을 사용하여 DNA를 다른 분자와 분리하여 DNA를 충분히 세척했는지에 대해 의문을 제기했습니다. 이것이 유효한 문제라고 생각하십니까?
대답:
우리의 DNA 추출 및 정제 프로토콜은 배지에서 펠릿을 낸 세척 세포로 시작합니다. 이어서, 표준 DNA 추출 프로토콜에 적용되는데, 여기에는 임의의 비 혼합 비소 (As)를 포함하여 불순물을 제거하기위한 다중 페놀 클로로포름 단계가 포함된다. 그 후, DNA를 전기 영동하여 DNA를 불순물로부터 추가로 분리 하였다. 추출 전에 세포를 세척하고 추출에서 3 개의 페놀 : 클로로포름 단계 동안 수성 상으로 분할함으로써 배지로부터의 임의의 잔류 As를 제거 하였다. As가 지질 또는 단백질에 혼입 된 경우, 이는 페놀, 페놀 : 클로로포름 또는 클로로포름 분획으로 분할되었을 것이다. 또한, 이러한 방식으로 다른 시료에서 추출 된 DNA는 PCR을 포함하여 고도로 정제 된 DNA가 필요한 추가 분석에도 성공적으로 사용되었습니다.
겔 밴드에서 NanoSIMS에 의해 측정 된 비소는 다른 측정 및 다른 증거와 일치합니다.
우리의 방사성 표지 된 73AsO43- 실험은 세포 펠렛과 관련된 총 방사성 표지의 11.0 % ± 0.1 %가 DNA / RNA 분획과 연관되어 있음을 보여 주었다. 이것은 우리가 핵산과 관련된 전체 풀의 비산 염을 기대해야 함을 나타냅니다. 이러한 데이터를 해석하기 위해, 우리는 세포 내 비소가 As (V)에 결합되어 있고 용액으로서 이온이 아님을 시사하는 EXAFS 증거와의 해석을 결합시켰다. 이는 인이 존재하는 것과 유사한 화학적 환경과 일치하는 결합 거리를 갖는 유기 분자 인 As가 존재 함을 시사한다 (도 3A, S3 "결합 길이"표). 앞에서 언급 한 두 가지 분석에 대한 해석을 뒷받침하기 위해 NanoSIMS의 세 번째 증거인 다른 두 가지 기술과 완전히 다른 기술을 사용했습니다. 겔 내 배경의 2 배 이상인 겔 밴드와 관련된 원소 비소 (NanoSIMS로 측정)를 찾습니다. 위의 논의에 근거하여, 우리는 이것이 유효한 관심사라고 생각하지 않습니다.
질문 : 다른 사람들은 비소 결합 DNA가 물에 노출되면 빠르게 떨어져 나 갔어야한다고 주장했습니다. 이 문제를 해결할 수 있습니까?
대답:
우리는 우리 연구와 직접 관련이있는 장쇄 폴리 에스테르 또는 arsenate의 nucleotide di- 또는 tri-esters에 결합 된 비산 염을 다루는 연구를 알고 있지 않습니다. 공개 된 연구에 따르면 간단한 비소 에스테르는 인산 에스테르 (1-3)보다 가수 분해 속도가 훨씬 높다는 것이 밝혀졌습니다. 현재까지 공개 된 실험은 구체적으로 비소의 알킬 트리 에스테르의 교환 또는 가수 분해를 살펴 보았다 [Eqn. 1] 및 비소의 알킬 디 에스테르 [Eqn. 2] :
OAs (OR) 3 + H2O? OAs (OH) (OR) 2+ ROH [1]
OAs (OH) (OR) 2 + H2O? OAs (OH) 2 (OR) + ROH [2]
여기서 R은 메틸, 에틸, n- 펜틸 및 이소 프로필이다. 참고 문헌 2는 알킬 치환기 (메틸> 에틸> n- 펜틸> 이소 프로필)의 탄소 사슬 길이 (복잡성)가 증가함에 따라 이들 비소의 단순한 알킬 트리 에스테르에 대한 가수 분해 속도가 감소 함을 입증 하였다. 비소-결합 뉴클레오티드 또는 다른 생물학적 관련 부분의 가수 분해 속도에 대한 연구는 수행되지 않았다.
가수 분해율 경향이 Ref. 바이오 분자에서 발견되는 것과 같은 더 큰 유기물을 계속해서 섭취 할 경우, 비산 염 결합 바이오 폴리머는 이전에 생각했던 것보다 가수 분해에 더 저항적일 수있다. 소형 모델 화합물은 Ref. 1-3은 비교적 유연하며 물에 이상적인 기하 구조를 쉽게 채택하여 비소 에스테르 결합을 공격 할 수 있습니다. 그러나, 큰 생체 분자의 아스 세 네이트 에스테르는 입체적으로 방해되어 가수 분해 속도가 느려질 수있다.
반응 속도에 대한 이러한 유형의 입체 제약은 일부 포스페이트 연결된 뉴클레오티드의 거동에서 보여지는 광범위한 속도를 설명한다. 작은 리보 자임에서, 촉매 작용 부위의 포포 디 에스테르 결합은 수십 초 (1 초 -1의 화학적 속도로)로 가수 분해 될 수있다. 이 속도 향상은 친핵체 (인접한 2 '하이드 록 실기)에 의한 인라인 공격에 대한 연결을 배향시킴으로써 달성된다. 또한,자가 분해 패턴은 특정 염기 조성과 일치한다. 다른 한편으로, RNA의 A 형태 이중 체에서 포스 포디 에스테르 결합에 대한 가수 분해 속도는 가수 분해에 필요한 기하 구조에 쉽게 접근 할 수 없기 때문에 수십배 느리다.
DNA의 속도는 나선에 의해 골격에 부과 된 기하학적 제약 때문에 모델 화합물보다 훨씬 느릴 수 있습니다.
비소 결합 바이오 폴리머의 가수 분해 동역학은 분명히 더 많은 연구가 필요한 영역입니다.
질문 : 성장 배지의 소금이 박테리아를 유지하기에 충분한 미량의 인을 제공했을 가능성이 있습니까?
대답:
표 S1의 데이터 및 샘플 레이블로 인해 약간의 혼란이 발생했습니다. 명확하게하기 위해, 모든 실험에 대해, AML60 염, P 없음, As 없음, 포도당 없음, 비타민 없음의 제제로 단일 배치의 인공 모노 레이크 물을 제조 하였다. 표 S1은 임의의 추가 첨가 이전에이 제형으로 제조 된 원소 인 (~ 3 μM) 및 비산 염의 ICPMS 측정의 예를 보여준다. 그런 다음 우리는 세 가지 치료 모두에 대해 포도당과 비타민을 추가했으며 + As 치료에 관해서는 P를, + P 치료에는 P를 첨가했습니다. 자당과 비타민을 첨가 한 후 및 As를 첨가 한 후에 배지에서 수행 된 P 측정은 또한이 배치에서 ~ 3 μM였다. 따라서, 측정 된 P 불순물 (약 3 μM, 이것은 높은 범위 임)이 주요 염과 함께 왔으며 모든 실험에는 동일한 P 배경 (배양 접종원으로 가져온 P 포함)이 포함되어 있음이 분명했습니다.
과학 논문에서, 우리는 비산 염 또는 인산염이 첨가되지 않은 배지에서 세포의 성장이 없음을 보여주는 많은 복제 실험의 한 실험에서 얻은 데이터를 보여줍니다 (그림 1). 이러한 데이터는 균주 GFAJ-1이 비소가없는 상태에서 추가 성장을 지원하기 위해 3µM P를 이용할 수 없음을 분명히 보여준다. 또한, + As / -P 성장 세포에 대해 측정 된 세포 내 P 함량은 세포 기능에 대한 P의 전체 요건을 지원하기에 충분하지 않았다.
배양에 대한 참고 사항 : 모든 실험은 지속적인 + As / -P 조건으로부터 접종 물로 개시되었다. 실험 전에, 인산이 첨가되지 않은 고체 배지에서 성장한 단일 콜로니로부터 여러 세대에 걸쳐 세포를 장기간 성장시켰다. 그 전에는 10 회 이상의 트랜스퍼를위한 농축 물로 성장했으며 항상 + As / -P 인 새로운 매체로 성장했습니다. 따라서 P의 이월이 크지 않다고 생각합니다. 또한 P의 내부 재활용 풀을 기반으로 추가 성장을 지원하기에 충분한 셀룰러 P가 없을 것이라고 주장합니다.
질문 : 대중이 연구 나 과학 과정에 대해 이해하고 싶은 다른 것이 있습니까?
대답: 우리 모두는 우리 팀 전체에 대해 상상할 수 없었습니다. 우리는 정말 흥미로운 문제를 해결하기 위해 모인 과학자 그룹입니다. 우리는 각각 기술력에서 지적 토론에 이르기까지 재능을 사용하여 실험에서 정확히 무슨 일이 일어나고 있는지 객관적으로 결정했습니다. 우리는 신문과 언론에서 우리와 다른 많은 과학자들이 할 일이 훨씬 더 많다는 것을 자유롭게 인정했습니다. 기자 회견에는 기술 전문가 스티븐 베너 (Tr. Benner) 박사가 포함되어 있었으며, 우리는 위에서 우리가 응답 한 몇 가지 우려를 표명했습니다. 이 작업을 커뮤니티에 도입 한 이유 중 하나는 더 많은 공동 작업을 위해 지적 및 기술 관련 연결을 유지하여 여러 가지 남아있는 질문에 대답하기위한 것이 었습니다. 우리는 데이터를 투명하게 보았고 모든 데이텀과 흥미로운 결과를 보여주었습니다. 본 논문의 결론은 단일 실험으로 큰 문제에 답할 수없는 일련의 실험을 해석 할 수있는 가장 포용적인 방법이라고 생각한 것에 근거합니다. "미생물은 인 대신에 비소를 사용하여 성장을 유지할 수 있을까?" 최고의 과학은 공동체로서 우리에게 새로운 질문을 열어주고 일반 대중의 관심과 상상력을 불러 일으 킵니다. 커뮤니케이터이자 과학 대표 인 우리는 새로운 아이디어를 데이터로 지원하는 것이 중요하지만 다른 사람들이 자신의 재능을 생각하고 실천할 수있는 새로운 아이디어를 창출해야한다고 생각합니다.
우리는이 흥미로운 발견에 대한 더 많은 통찰력을 제공하기 위해 직접 또는 세포를 자유롭게 이용할 수있게하고 분석을 위해 적절한 전문가에게 DNA 샘플을 제공함으로써 다른 과학자들과 협력하기를 기대합니다.
참고 문헌
1. T. G. Richmond, J. R. Johnson, J. O. Edwards, P. H. Rieger, Aust. J. Chem. 1187 년 30 월 (1977).
2. C. D. Baer, J. Rieger, Inorg. 20, 905 (1981).
3. J.-M. 공예품, 황소. Soc. 차임. Fr. 14, 99 (1870).
4. Lagunas, D. Pestana, J. Diez-Masa, 생화학 23, 955 (1984).
출처 : Felisa Wolf-Simon의 웹 사이트, Iron Lisa
