臭名昭著的耐砷细菌终究还是需要磷

两个研究团队重复了一项备受争议的研究,发现生命的化学规则仍然没有被打破

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来自《自然》杂志

经过18个月的争议,官方的结论是:在加利福尼亚州莫诺湖发现的一种耐砷细菌不能在没有磷的情况下生存。

2010年,由现在位于加利福尼亚州伯克利的劳伦斯伯克利国家实验室的微生物学家费利萨·沃尔夫-西蒙领导的一个研究小组在《科学》1上在线报道称,Halomonadaceae细菌GFAJ-1可以在诸如DNA之类的关键生化物质中包含砷原子而不是磷原子。


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这种细菌是在浅水盐湖莫诺湖富含砷的沉积物中发现的,莫诺湖以其出现在平克·弗洛伊德1975年专辑《Wish You Were Here》的明信片插页上而闻名。

所有已知的生命形式都依赖于至少六种元素:氢、碳、氮、氧、磷和硫。砷在化学性质上与磷有一些相似之处,但通常对生命有毒,因此它可能维持生命的说法引发了一系列问题,以及对在NASA热情的新闻发布会上如何公布这一发现的批评(参见“微生物获得毒性反应”)。

由于争议,当沃尔夫-西蒙的论文于去年六月在《科学》上发表时,它附带了来自科学家对论文做出回应的八条技术评论2–9

加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的微生物学家罗西·雷德菲尔德开始测试这一发现。今年早些时候,她说她无法在实验室实验中重现沃尔夫-西蒙的结果(参见“研究质疑基于砷的生命的存在”)。

雷德菲尔德现在是两篇论文的合著者之一,这些论文证实,尽管细菌可以耐受砷,但它们确实依赖磷。这些论文于7月8日在《科学》10, 11发表。

毒性耐受性
雷德菲尔德和她的同事10报告说,当GFAJ-1细菌在含有砷和少量磷的培养基中生长时,它们的DNA中不含可检测到的砷化合物,例如砷酸盐(磷酸盐的砷类似物)。在第二篇论文中,瑞士苏黎世联邦理工学院的微生物学家朱莉娅·沃尔霍特和她的同事11报告说,该细菌不能在无磷培养基中在砷酸盐的存在下生长。然而,它可以在存在砷酸盐的低磷条件下生长。该团队写道,GFAJ-1“是一种耐砷酸盐,但仍然依赖磷酸盐的细菌”。

“我认为我们现在有非常可靠的证据表明,GFAJ-1的新陈代谢与其他所有已知的有机生命形式一样,都依赖于磷,”沃尔霍特说。“这些非常强大且适应性很强的微生物似乎能够有效地从它们极度贫磷的环境中提取营养物质。”

沃尔霍特补充说,沃尔夫-西蒙的团队用于其原始实验的样本显然含有比最初认为的更大的磷浓度。

声明中,《科学》表示:“新的研究表明,GFAJ-1并没有打破长期以来的生命规则,这与沃尔夫-西蒙对其团队数据的解释相反。”

沃尔夫-西蒙说:“最初的GFAJ-1论文强调了对砷的耐受性,但正如这两篇新论文中所见,暗示细胞需要磷。”“然而,我们的数据表明,少量砷酸盐可能会被纳入细胞和生物分子中,帮助细胞在高砷酸盐和极低磷酸盐的环境中生存。这种低量的砷掺入可能难以找到,一旦细胞被打开就会不稳定。”

她补充说,GFAJ-1的故事远未结束。“关键问题是:这些细胞如何在致命浓度的砷中茁壮成长?砷又去了哪里?”

本文经《自然》杂志许可转载。该文章于2012年7月9日首次发表

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