GFAJ-1

GFAJ-1 Beschreibung dieses Bildes, auch unten kommentiert GFAJ-1-Bakterienzellen auf Medium,
das Arsen, aber keinen Phosphor enthält Einstufung
Herrschaft Bakterien
Ast Proteobakterien
Klasse Gamma-Proteobakterien
Auftrag Oceanospirillales
Familie Halomonadaceae
Nett Halomonas

Spezies

Halomonas sp. GFAJ-1
- unvollständiger Autor - , Datum anzugeben

GFAJ-1 ist ein extremo Bazillus der halomonadaceae Familie und der Gattung Halomonas , isoliert aus Mono Lake in Kalifornien . Wenn dieser Stamm in einem Medium ohne Phosphor kultiviert wurde , wurde er 2010 als fähig vorgestellt, Arsen , normalerweise toxisch, zu verwenden, um es bei der Bildung von Nukleotiden zu ersetzen . Im Jahr 2012 lehnte ein in Nature veröffentlichter Artikel diese Hypothese ab, und der heutige wissenschaftliche Konsens lautet, dass GFAJ-1 ein gegen Arsenat resistenter, aber von Phosphat abhängiger Organismus ist.

Beschreibung

Dieser Bakterienstamm, GFAJ-1, wurde von der Geomikrobiologin Felisa Wolfe-Simon entdeckt , einer NASA- Biologin, die beim United States Geological Survey in Menlo Park , Kalifornien, arbeitet . Es wurde 2009 aus Sedimenten gesammelt, die Wolfe-Simon und seine Kollegen am Ufer des Mono Lake gesammelt hatten . Dieser See ist sehr salzreich und stark alkalisch und hat auch eine der höchsten Arsenkonzentrationen der Welt (200  µmol L −1 ). Es wird zunächst dargestellt, dass dieser Bazillus in einem Medium ohne Phosphor wachsen kann, indem das im Medium vorhandene Arsen in Form von Arsenationen metabolisiert wird.


Phylogenie

GFAJ-1-Stammphylogenie


Thioalkalimicrobium cyclicum




Thioalkalivibrio jannaschii




Escherichia coli Stamm O157: H7






Halomonas alkaliphila




Halomonas venusta Stamm NBSL13




GFAJ-1




Halomonas sp. GTW



Halomonas sp. G27








Halomonas sp. DH77



Halomonas sp. mp3






Halomonas sp. IB-O18



Halomonas sp. ML-185








Phylogenie des GFAJ-1-Stammes und einiger verwandter Bakterien basierend auf der Sequenz des Gens, das für 16S-ribosomale RNA kodiert

Nach den Ergebnissen der Sequenzierung des für 16S-ribosomale RNA kodierenden Gens gehört das Bakterium GFAJ-1 zur Gattung Halomonas . Diese Bakterien sind halophile Bakterien , von denen auch bekannt ist, dass sie hohe Arsenwerte tolerieren, aber GFAJ-1 kann es besser. Wenn ihm Phosphor entzogen wird, kann er stattdessen Arsen verwenden und weiter wachsen.

Details zum Artikel vom 2. Dezember 2010 in der Zeitschrift Science

Am Donnerstag, dem 2. Dezember 2010, um 14.00  Uhr EST, wurde die Entdeckung dieses Stammes auf einer Pressekonferenz der NASA bekannt gegeben. Gleichzeitig veröffentlichte die Zeitschrift Science online den wissenschaftlichen Artikel, in dem die Isolierung dieses Stammes und die durchgeführten Tests beschrieben wurden.

Isolierung eines reinen Stammes

Der Gfaj-1 - Stamm wurde am Ufer des Mono Lake, ein isolierten hypersaliner , hyperalcaline ( pH 10) See mit einer durchschnittlichen Arsenkonzentration von 200  μ mol  l -1 . Die Fähigkeit, Arsen anstelle von Phosphor zu verwenden, wurde durch Inkubation von Sedimenten aus Mono Lake in einem definierten Mindestkulturmedium gemessen. Es enthielt keinen Phosphor oder ein Nahrungsergänzungsmittel wie Hefeextrakt (ein Ergänzungsmittel, das normalerweise für Kulturen von Mikroorganismen verwendet wird). Anschließend wurde das Kulturmedium mit Arsen in Form eines Arsenations von einer Anfangskonzentration von 100  μmol l −1 bis zu einer Endkonzentration von 500  μmol l −1 angereichert . Sieben serielle Dezimalverdünnungen wurden über einen Zeitraum von drei Monaten durchgeführt, was zu einer endgültigen Verdünnung des ursprünglichen Inokulums um den Faktor 10 7 führte . Aufeinanderfolgende Verdünnungen ermöglichen es, das Vorhandensein von Phosphor so weit wie möglich zu reduzieren. Die Restphosphorkonzentration wurde bei 3,1 μmol l −1 gemessen  (Verunreinigung des Ausgangsmediums, der das Medium bildenden Salze und der Zersetzung der bereits vorhandenen Organismen im Startmittelpunkt).

Der sechste Transfer aus den sieben Verdünnungen zeigte eine Wachstumsrate von 0,1 OD pro Tag (Einheit der optischen Dichte, gemessen mit einem Spektrophotometer bei einer Wellenlänge von 680  nm ). Diese Kultur wurde verwendet, um ein festes Medium (dasselbe Medium plus Agar ) zu inokulieren . Es wurden zwei morphologische Arten von Kolonien beobachtet, die aus diesem festen Medium entnommen und in eine Flüssigkultur ohne Phosphor gegeben wurden. Die Kultur mit dem schnellsten Wachstum wurde für den Rest der Experimente beibehalten: Zu diesem Zeitpunkt hatten die Forscher eine Reinkultur eines noch nicht identifizierten Stammes erhalten. Dieser Stamm konnte in Kultur in einem Medium ohne Phosphor gehalten werden, das jedoch 40 mmol l –1 Arsenat und 10  mmol l –1 Glucose enthielt  .

Identifizierung des reinen Stammes

Der Bakterienstamm GFAJ-1 wurde durch Sequenzieren des für 16S-ribosomale RNA kodierenden Gens identifiziert . Die phylogenetische Analyse dieser Sequenz zeigt, dass dieses Bakterium zur Familie der Halomonadaceae und wahrscheinlich zur Gattung Halomonas gehört .

Stammstoffwechsel

Wenn GFAJ-1 in einem Medium gezüchtet wird, das Arsenat enthält, aber einen hohen Phosphatmangel aufweist (As + / P-), wächst es 40% langsamer als ein Medium, das Phosphat und kein Arsen (As- / P +) enthält. Im As + / P- Medium haben die Bakterien jedoch ein anderthalbmal größeres Volumen als im As- / P + Medium. Diese Volumenzunahme scheint mit dem Auftreten großer Vakuolen verbunden zu sein, die reich an Poly-β-hydroxybutyrat sind.

Der Phosphorgehalt dieser Bakterien betrug 0,019% (± 0,001) ihres Trockengewichts oder ein Dreißigstel desjenigen, der gefunden wurde, wenn er auf Medium mit einer Phosphatkonzentration von 1,5 mmol L –1 und ungefähr einem Hundertstel des üblichen Gehalts der meisten Bakterien gezüchtet wurde  . Dieser Phosphorgehalt macht ungefähr ein Zehntel des Arsengehalts dieser Bazillen aus (0,19 ± 0,25 Gew .-% Trockengewicht).

Intrazelluläre Verteilung von Arsen

Um das Schicksal von Arsen in Bakterien, die auf einem phosphorfreien Medium gezüchtet wurden, genau zu analysieren, verwendeten die Forscher radioaktives Arsenat. Sie beobachteten, dass in der stationären Wachstumsphase 10% des absorbierten Arsenats in die Nukleinsäuren eingebaut wurden, mehr als 75% in der Proteinfraktion und ein kleiner Teil in den Lipiden gefunden wurden. Die Autoren stellen jedoch fest, dass die durch Extraktion mit Phenol erhaltene Proteinfraktion viele Nicht-Protein-Verbindungen aufweist und dass die beobachteten 75% wahrscheinlich eine Überschätzung darstellen.

Zu klärende und kritische Punkte

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des Artikels in Science im Dezember 2010 bleiben noch Fragen offen. Es bleibt zu bestimmen, ob Arsen tatsächlich in das DNA-Gerüst eingebaut ist oder ob Arsen von den Bakterien als Ersatz für Phosphor für andere Metabolismen verwendet wird und ob die winzigen Spuren von Phosphor, die noch in ihnen vorhanden sind, ausreichen, um Kulturmedien bereitzustellen die für die DNA-Synthese benötigte Menge. Es gibt drei Arten von Kritik an den Schlussfolgerungen des Artikels über GFAJ-1:

Unter den gleichen physiologischen Bedingungen wird das Phosphat jedoch nicht zu Phosphit reduziert. "Arsen" -DNA konnte nicht existieren, da kein intrazelluläres Arsenat vorhanden war, um die biologische Rolle von Phosphat zu ersetzen.

Das Vorhandensein von Arsen, das in das DNA-Rückgrat eingebaut ist, kann durch Massenspektrometrieanalyse der gereinigten DNA nachgewiesen werden. Für Purificación López-García , Mikrobiologe, der sich am CNRS auf Extremophile spezialisiert hat , ist die Tatsache, dass "diese Erfahrung nicht im Bericht ihrer Forschung erscheint, verdächtig".

Wissenschaftliche Widerlegung des Artikels von 2010

Sobald der Artikel veröffentlicht wurde, stellten Biologen die Schlussfolgerungen in Frage.

Im Jahr 2011 veröffentlichte Rosie Redfield das gesamte Versuchsprotokoll in ihrem Blog und widerlegte die Ergebnisse der NASA-Forscher.

Eine 2012 in Nature veröffentlichte Studie belegt, dass die Bakterien von Phosphat abhängig und einfach sehr resistent gegen Arsenat sind.

Andere Studien beachten Sie, dass sie in GFAJ-1 kein Arsenat gefunden haben.

Anmerkungen und Referenzen

Anmerkungen

  1. Sieben Zehntelverdünnungen nacheinander mit Medium, das 5  mmol l −1 Arsenat enthält

Verweise

  1. Akronym für "Gib Felisa einen Job" (gibt Felisa buchstäblich Arbeit), wobei Felisa Wolfe-Simon die erste Autorin des Artikels über die Entdeckung dieses Bazillus ist.
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Externe Links