GFAJ-1

GFAJ-1
GFAJ-1
GFAJ-1 (grown on arsenic).jpg
비산염을 함유한 배지에서 배양된 세균 GFAJ-1의 확대 세포
과학적 분류
도메인:
박테리아
문:
슈도모나도타속
클래스:
감마프로테오박테리아
주문:
오션오스피릴라스과
패밀리:
할로모나과

GFAJ-1은 할로모나스과에 속하는 막대 모양의 박테리아 변종이다.미국 지질조사국(US Geology Survey)에 상주하는 지구생물학자 펠리사 울프 시몬(Felisa Wolfe-Simon)이 캘리포니아 동부의 알칼리성 모노 호수에서 분리한 극호성 동물이다.2010년 사이언스 저널에서 [1]저자들은 미생물이 인에 굶주렸을 때 성장을 [2][3]지속하기 위해 인의 적은 부분을 비소로 대체할 수 있다고 주장했다.발표 직후 다른 미생물학자들과 생화학자들이 이 주장에 대해 의문을 표시했고, 과학계는 이 주장에 대해 강하게 비판했습니다.2012년에 발표된 후속 독립 연구에서는 GFAJ-1의 DNA에서 검출 가능한 비산염이 발견되지 않았으며, 이러한 주장을 반박했으며, GFAJ-1은 단순히 비산 내성 인산염 의존성 [4][5][6][7]유기체임을 입증했다.

검출

울프-사이먼 앳 모노레이크,

GFAJ-1 박테리아는 지구미생물학자 펠리사 울프-시몬에 의해 발견되었는데, 그는 캘리포니아 [8]멘로 파크에 있는 미국 지질조사국에 상주하고 있다.GFAJ는 "Give Felisa a Job"[9]의 약자입니다.이 유기체는 2009년부터 그녀와 그녀의 동료들이 캘리포니아 모노 호수 바닥의 퇴적물에서 채취한 샘플로부터 분리 배양되었다. 미국 [10]모노 호수는 과염(약 90그램/리터)과 고알칼리성(pH 9.8)[11]이다.또한 세계에서 가장 높은 비소 농도(200μM)[1]를 가지고 있습니다.이 발견은 2010년 [2]12월 2일에 널리 발표되었다.

분류 및 계통발생

대장균주 O157:H7

할로모나스알칼리필라

할로모나스 정맥주 NBSL13

GFAJ-1

할로모나스 스펜서GTW

할로모나스 스펜서G27

할로모나스 스펜서DH77

할로모나스 sp. mp3

할로모나스 스펜서IB-O18

할로모나스 스펜서ML-185

리보솜 DNA [12]배열에 기초한 GFAJ-1의 계통 발생.

16S rRNA 배열에 기초한 분자 분석 결과, GFAJ-1은 할로모나다과(Halomonadaceae)의 다른 적당한 친염(salt-loving) 박테리아와 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다.저자들은 균주가 H. alkaliphila와 H. [12]venusta를 포함한 할로모나스의 구성원들 사이에 내포된 분지도(cradogram)를 작성했지만, 균주를 명시적으로 그 [1][10]속에 할당하지는 않았다.많은 박테리아는 높은 수준의 비소를 견딜 수 있고 세포에 [1][13]비소를 흡수하는 성질을 가진 것으로 알려져 있다.그러나, GFAJ-1은 한 단계 더 나아가도록 논쟁적으로 제안되었고, 인이 결핍되었을 때, 대신 대사물과 고분자에 비소를 함유하여 성장을 [10]지속하는 것이 제안되었다.

GFAJ-1 박테리아의 게놈 배열은 현재 [14]GenBank에 게시되어 있다.

종 또는 균주

참고 항목: 세균 분류법
모노 호숫가를 따라 펼쳐진 투파층

사이언스지 기사에서 GFAJ-1은 새로운 [1]종이 아니라 할로모나과의 변종이라고 언급된다.박테리아 국제명칭법, 박테리아 분류법을 규정하는 일련의 규정, 그리고 국제 계통 및 진화 미생물학 저널의 특정 기사는 새로운 종을 기술하기 위한 지침과 최소한의 기준을 포함하고 있다.예를 들어 할로모나과의 구성원을 기술하기 위한 최소한의 기준이다.유기체는 특정 생리적, 유전적 조건을 충족하면 새로운 종으로 기술된다.[15] 예를 들어, 일반적으로 알려진 다른[16] 종에 대한 16S rRNA 배열 동일성 97% 미만이거나 다른 종과 구별될 수 있는 대사 차이이다.새로운 종과 다른 종을 구별하기 위한 지표 외에 지방산 조성, 사용된 호흡 퀴논 및 적어도 2개의 미생물 저장소 내 균주의 내성 범위 및 퇴적 등 다른 분석이 필요하다.새로운 제안된 이름은 sp. 11. 뒤에 이탤릭체로 지정된다(그 분류군의 [17][18]설명에 따라 새로운 속인 경우에는 gen. 11).

GFAJ-1 균주의 경우 이들 기준을 충족하지 못하며 균주가 새로운 [1]종이라고 주장되지 않는다.균주가 특정 종에 할당되지 않은 경우(예를 들어 데이터나 선택지가 불충분하여), 종종 "sp"(즉, 해당 속종의 미결정 종) 및 균주 이름으로 라벨이 붙는다.GFAJ-1의 경우, 저자들은 변형률 지정만으로 변형률을 참조하도록 선택했습니다.GFAJ-1과 밀접하게 관련된 균주는 할로모나스 sp를 포함한다.GTW와 할로모나스 sp.G27, 둘 다 유효한 [19][20]종으로 묘사되지 않았다.저자들이 공식적으로 GFAJ-1 균주를 할로모나스속으로 지정했다면, 그 이름은 할로모나스 [10]sp로 붙여졌을 것이다.GFAJ-1.

Genome Taxonomy Database는 GFAJ-1의 잠정 종인 할로모나스 sp002966495를 지정했다.이는 균주가 계통학적으로 할로모나스에 속하며, 다른 정의된 종에 비해 유전자 전체의 유사성이 충분히 낮다는 것을 의미한다.균주 GTW와 균주 G27은 데이터베이스가 [21]분류를 실행할 수 있는 게놈을 가지고 있지 않다.

생화학

비산염에 대한 노출이 증가하는 상태에서 박테리아를 배양하기 위해 무인배지(시약 내 불순물 중 잔류 인산염 3.1 ± 0.3μM 함유)를 사용하였고, 초기 수준 0.1mM은 결국 40mM까지 증가하였다.비교 실험에 사용된 대체 매체는 비산염이 없는 높은 수준의 인산염(1.5mM)을 포함하거나 인산염을 첨가하거나 비산염을 첨가하지 않았습니다.GFAJ-1은 인산염 또는 비산염 배지에서 배양될 때 세포수가 여러 배로 증가될 수 있지만, 인산염과 비산염이 [1]첨가되지 않은 유사한 조성의 배지에 배치될 경우 성장할 수 없었다.비소가 공급되고 인이 부족한 박테리아(ICP-MS로 측정)의 인 함량은 건조 중량 기준 0.019(± 0.001)%에 불과했으며, 이는 인산염이 풍부한 배지에서 재배했을 때의 30분의 1이다.이 인 함량은 또한 세포 평균 비소 함량(0.19 ± 건조 [1]중량 기준 0.25%)의 약 10분의 1에 불과했다.ICP-MS에 의해 측정된 세포의 비소 함량은 매우 다양하며 일부 실험에서는 인 함량보다 낮을 수 있으며 다른 [22]실험에서는 최대 14배까지 높을 수 있다.나노-SIMS로 얻은 동일한 연구에서 얻은 다른 데이터는 비산염과 인산염이 첨가되지 않은 세포에서도 P:C 및 As:C 비율로 표현될 때 비소(As)에 비해 인산염([12]P)이 75배 이상 초과됨을 시사한다.비산염 용액에서 배양했을 때 GFAJ-1은 인산염 [2]용액에서 배양한 속도보다 60% 빠르게 성장했을 뿐이다.인산염이 부족한 박테리아는 세포 내 부피가 정상의 1.5배였으며, 더 큰 부피는 큰 "진공 같은 부위"[1]의 출현과 관련이 있는 것으로 보였다.

정의된 최소 배지에서 배양된 GFAJ-1 세포의 스캔 전자 현미경 사진 및 1.5 mM 인산염 보충

언제 연구원들은을 해결할 수 있다면 그것의 유통을 추적하기 위해 isotope-labeled 비산을 덧붙여 그들은 비소 세포 분수 정상기 세포 인이에서 박테리아의 단백질, 지질, ATP와 같은 대사 물질을 비롯한 DNA와 RNA.[2]Nucleic 산을 5를 통해 집중되고 있던 현재의 것을 발견했다.전 남편거래(페놀 포함 1개, 페놀-클로로포름 포함 3개, 클로로포름 추출 용제 포함 1개)에 이어 에탄올 침전.생체 분자에 비소가 포함되어 있다는 직접적인 증거가 아직 부족하지만, 방사능 측정은 이러한 박테리아에 의해 흡수된 비소의 약 10분의 1(11.0 ± 0.1%)이 핵산(DNA 및 RNA)과 p에 의해 추출되지 않은 다른 모든 공침전 화합물을 포함하는 분율로 끝났다는 것을 시사했다.불쾌한 [1]처사동위원소 표지 인산염에 대한 비교 대조 실험은 수행되지 않았다.2011년 중반 균주의 분포에 따라 다른 연구소가 독립적으로 발견의 유효성을 테스트하기 시작했습니다.브리티시컬럼비아대학의 로즈마리 레드필드는 성장조건에 관한 문제에 따라 GFAJ-1의 성장요건을 조사한 결과 균주가 액체 배양액보다 고체 한천 배지에서 더 잘 자라는 것을 발견했다.Redfield는 이것을 낮은 칼륨 수치 탓으로 돌렸고, 기본 ML60 배지의 칼륨 수치가 성장을 [23]지탱하기에 너무 낮을 수 있다는 가설을 세웠다.레드필드는 추가적인 문제(이온 강도, pH 및 폴리프로필렌 대신 유리 튜브 사용)를 발견하고 해결한 후 비산염이 성장을 약간 자극하지만 [24]주장된 것과 달리 배양물의 최종 밀도에는 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했습니다.같은 그룹에 의한 질량 분석법을 사용한 후속 연구에서는 비산염이 [25]GFAJ-1의 DNA에 통합된다는 증거가 발견되지 않았다.

비산에스테르 안정성

폴리β-히드록시낙산염의 구조

DNA에 존재하는 비산에스테르와 같은 비산에스테르들은 일반적으로 [26]대응하는 인산 에스테르보다 가수 분해에 덜 안정적일 것으로 예상된다.DNAMAs는 DNA 구성 블록 dAMP의 구조적인 비소 유사체로서 중성 [27]pH에서 물 속 40분의 반감기를 가진다.뉴클레오티드를 서로 연결하는 비소체 결합의 물 속 반감기의 추정치는 [28]DNA의 포스포디에스터 결합의 3,000만 년과 비교하여 0.06초만큼 짧다.저자들은 이 박테리아가 [1][10]폴리β-히드록시부틸레이트(hydroxybutyrate)나 물의[29] 유효 농도를 낮추기 위한 다른 방법을 사용하여 비산에스테르를 어느 정도 안정화시킬 수 있다고 추측한다.폴리히드록시낙산염은 탄소 이외의 원소에 의해 성장이 제한되는 조건 하에서 에너지 및 탄소 저장을 위해 많은 박테리아에 의해 사용되며, 일반적으로 GFAJ-1 [30]세포에서 볼 수 있는 "진공과 같은 영역"과 매우 유사한 큰 왁시 과립으로 나타납니다.저자들은 불용성 폴리히드록시낙산염이 비산에스테르를 안정시키기 위해 세포질 내 물의 유효 농도를 충분히 낮출 수 있는 메커니즘을 제시하지 않았다.비록 모든 할로파일은 [31]탈수를 피하기 위해 어떤 방법으로든 세포질의 수분 활동을 감소시켜야 하지만, 세포질은 항상 수성 환경으로 남아 있습니다.

비판

NASA가 "외계 생명체의 증거를 찾는 데 영향을 미칠 것"이라는 기자회견을 발표한 것은 선정적이고 오해의 소지가 있다는 비판을 받았다. 뉴사이언티스트지의 한 사설은 "외계 생명체의 발견은 상상할 수 있는 가장 큰 이야기 중 하나일지라도, 이것은 그로부터 몇 광년 떨어진 이야기였다"[32][33]고 논평했다.

또한, 논문을 평가한 많은 전문가들은 보고된 연구들이 [34]저자들의 주장을 뒷받침할 충분한 증거를 제공하지 못한다고 결론지었다.Slate에 관한 온라인 기사에서, 과학 작가 Carl Zimmer는 몇몇 과학자들의 회의론에 대해 논의했다: "나는 12명의 전문가들에게 연락했다...거의 만장일치로, 그들은 NASA 과학자들이 자신들의 주장을 [35][36]펼치는데 실패했다고 생각합니다.화학자 스티븐 A. 베너는 비산염이 이 유기체의 DNA에서 인산염을 대체했다는 의구심을 표명했다.그는 울프-사이먼이 실험실 배양에서 사용한 배지의 미량 오염물질이 세포의 DNA에 필요한 인을 공급하기에 충분하다고 제안했다.그는 비소가 세포 [2][10]내 다른 곳에 격리되어 있을 가능성이 더 높다고 믿는다.브리티시컬럼비아 대학의 미생물학자 로즈마리 레드필드는 이 논문이 "비소가 DNA나 다른 어떤 생물학적 분자에 통합되었다는 어떤 설득력 있는 증거도 제시하지 못하고 있다"고 말했으며, 그 실험들은 그들의 [37][38]결론을 적절히 검증하는데 필요한 세척 단계와 제어가 부족했음을 시사한다.하버드 대학의 미생물학자 알렉스 브래들리는 비소가 함유된 DNA가 물 속에서 매우 불안정해 분석 과정에서 [35][39]살아남지 못했을 것이라고 말했다.

2010년 12월 8일, 사이언스는 울프-사이먼의 답변을 발표했는데, 그녀는 이 연구에 대한 비판이 예상되었다고 말했다.이에 대해,[40] 2010년 12월 16일, 「자주 묻는 질문」페이지가 게재되었습니다.연구팀은 GFAJ-1 균주를 ATCC와 DSMZ 배양액에 저장해 광범위한 [41]유통을 가능하게 할 계획이다.2011년 5월 하순에는 [42]저자의 연구실에서 직접 요청하여 균주를 이용할 수 있게 되었다.과학은 그 기사를 자유롭게 이용할 [43]수 있게 했다.이 기사는 Science 2011년 6월 3일자에 접수된 지 6개월 만에 출판되었습니다.이 출판물에는 기사의 실험 절차와 [44][45][46][47][48][49][50][51][52]결론에 관한 다양한 우려를 다루는 8개의 기술적 논평과 이러한 [42][53]우려에 대한 저자들의 답변이 첨부되었다.브루스 알버트 편집장은 몇 가지 문제가 남아 있으며 그 해결은 긴 과정이 [54]될 것이라고 지적했다.BioEssays 저널 2011년 3월호에 실린 로젠 외 [55]연구원의 리뷰는 과학 논문의 기술적 문제를 논의하고 대체 설명을 제공하며 미생물을 이용한 다른 비소 내성 및 비소의 알려진 생화학에 초점을 맞추고 있다.

2011년 5월 27일, 울프-사이먼과 그녀의 팀은 후속 사이언스 저널 [42]간행물에서 그 비판에 대해 답변했다.그리고 2012년 1월 브리티시컬럼비아 대학의 로지 레드필드가 이끄는 연구팀은 액체 크로마토그래피-질량분석법을 사용하여 GFAJ-1의 DNA를 분석했지만 비소를 검출할 수 없었다. 레드필드는 이를 원본 논문의 [56]"명백한 반박"이라고 불렀다.플로리다 마이애미 대학 연구팀은 인산염 대신 비산염이 공급된 배지의 GFAJ-1 성장에 대한 간단한 설명을 제공했다.대장균 실험실 균주의 리보솜에 방사성 동위원소(방사성 추적기 형성)를 표시한 후 비산염이 함유된 배지에서 세균 증식을 추적하였으나 인산염은 함유되지 않았다.그들은 비산염이 리보솜의 대규모 분해를 유발하여 비산 내성 박테리아의 느린 성장에 충분한 인산염을 제공한다는 것을 발견했다.마찬가지로, GFAJ-1 세포는 분해된 리보솜에서 인산염을 [57]비산염으로 대체하는 대신 재활용함으로써 성장한다.

웹사이트 Retraction Watch는 GFAJ-1을 최초로 기술한 원본 과학 기사의 결론에 이의를 제기하는 기사를 게재한 데 이어, 중요한 데이터의 [58][59]오보 때문에 원본 기사를 철회해야 한다고 주장했다.2021년 5월 현재, 종이는 [60]철회되지 않았습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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