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ヒ素DNA菌は誤り

ヒ素選好細菌はやはりリンが必要だ

二つのチームが大いに議論されている研究を繰り返し、生命の化学法則が壊れないままであることを見いだした。

Quirin Schiermeier
09 July 2012

18ヶ月の論争の後、公式評決が下った:カリフォルニアのモノ湖で見つかったヒ素耐性細菌はリンなしでは生きられない。

2010年、現ローレンス・バークリー国立研究所(カリフォルニア州バークリー)の微生物学者、フェリサ・ウルフ=サイモン率いるグループは、Science誌のオンライン版にHalomonadaceae細菌GFAJ-1が、DNAなどの非常に重要な生化学物質の中にリンの代わりにヒ素原子を含むことができると報告した。


GFAJ-1細菌は高濃度のヒ素の中で生きられる――しかしヒ素元素を自分のDNAに組み入れるわけではない。Science/AAAS

細菌は浅い塩湖であるモノ湖のヒ素リッチな堆積物の中で繁栄しているのを発見された。モノ湖はピンク・フロイドの1975年のアルバムWish You Were Hereに挿入された写真ポストカードに現れることで有名だ。

すべての既知の生命の種類は少なくとも6つの元素に依存している:水素、炭素、窒素、酸素、リン、および硫黄だ。ヒ素はリンとある程度の化学的類似性がある。しかし、通常は生命に有毒であるので、それが生命を維持できるという示唆に疑問の嵐を引き起こした。発見が明らかにされた熱狂的なNASAの記者会見のやり方についても懐疑論があった。

論争の結果、先6月にウルフ=サイモンの論文がScience誌に印刷して現れた時には、8件のそれに応答する科学者たちからのテクニカル・コメントが添えられた。

ブリティッシュ・コロンビア大学(カナダ、ヴァンクーヴァー)の微生物学者、ロージー・レッドフィールドはこの発見の追試を始めた。今年の始め、彼女はウルフ=サイモンの結果を研究室の実験で再現できないと話した。

レッドフィールドは今、細菌はヒ素に耐性があるが、リンに依存していることを確認する二つの論文のうちの一つの共著者である。これらの論文はScience誌によって7月8日に発表された。

毒の耐性

レッドフィールドと共同研究者たちは、GFAJ-1細菌がヒ素と非常に少量のリンを含む培地の中で成長したときに、それらのDNAが検出可能な、ヒ酸塩(リン酸塩のヒ素の相当物)などの、ヒ素化合物を含んでいないことを報告した。二番目の論文では、チューリッヒ工科大学(スイス)の微生物学者、ユリア・フォーホルトと共同研究者たちは、この細菌がヒ素存在下の無リン培地で成長できないことを報告した。だが、それはヒ素存在下の低リン状態では成長できる。GFAJ-1は「ヒ素耐性だが、なおリン依存細菌だ」とチームは書いた。

「GFAJ-1の代謝が、他のすべての知られている有機生命の種類と同様に、リンに依存するという非常に確かな証拠を我々は得たと思う」とフォーホルトは話す。「これらの非常に頑丈で非常に良く適応した微生物は極端にリンが不足した環境から十分に栄養を抽出できるように見える」

ウルフ=サイモンのチームが元々の実験で使った試料は当初考えられていたのより大きな濃度のリンを含んでいた、とフォーホルトは続ける。

発表文の中で、Science誌はこう述べている。「新しい研究は、ウルフ=サイモンによる彼女のグループのデータの解釈とは裏腹に、GFAJ-1が長い間保たれてきた生命の規則を破らないことを示す」

「元々のGFAJ-1の論文はヒ素への耐性を強調したが、細胞がリンを必要とすることを示した。これらの二つの新しい論文のように」とウルフ=サイモンは話す。「だが、我々のデータは非常に少量のヒ素が細胞と生分子へと組み入れられているかもしれないことを暗示した。それは細胞が高濃度のヒ素と非常に低濃度のリンの環境の中で生き残るのを助ける。そのような少量のヒ素組み入れは見つけるのが大変で、いったん細胞が開かれると不安定かもしれない」

GFAJ-1の物語はまだ終わりにはほど遠い、と彼女は続けた。「重要な疑問は次のようなものだ。これらの細胞が致命的な濃度のヒ素の中でどうやって繁栄しているのか?そしてそのヒ素はどこに行ってしまうのか?」

Nature News
Arsenic-loving bacterium needs phosphorus after all
Quirin Schiermeier, 09 July 2012
Nature doi:10.1038/nature.2012.10971

原論文
Marshall Louis Reaves, et al. 2012.
Absence of Detectable Arsenate in DNA from Arsenate-Grown GFAJ-1 Cells
Science DOI: 10.1126/science.1219861, Published Online July 8 2012

Tobias J. Erb, et al. 2012.
GFAJ-1 Is an Arsenate-Resistant, Phosphate-Dependent Organism
Science DOI: 10.1126/science.1218455, Published Online July 8 2012



GFAJ-1細菌の新しい研究結果について、Science誌からの編集部発表
――2012年7月8日――

Science誌によって2012年7月8日にオンラインで発表される二つの研究は、モノ湖(カリフォルニア州)のヒ素リッチな堆積物で見つかった細菌についての追加的洞察をもたらす。元々の報告とは反対に、新しい研究は細菌GFAJ-1が生きるためにリンの代わりにヒ素は使えないことを明らかに示す。

2010年12月2日にScience誌によってScience Expressウェブサイトでオンライン発表された、フェリサ・ウルフ=サイモンと共同研究者たちによる元々の研究(http://www.sciencemag.org/content/332/6034/1163.abstract)は、GFAJ-1がそのDNAと他の分子において、少量のリンの代わりにヒ素を使っていると提唱していた。それが本当なら、すべての知られている地球上の生命の種類が6つの元素(酸素、炭素、水素、窒素、リン、および硫黄)を使っていることから、その発見は我々の生命の基本的必要条件の理解に重要な示唆を持つ。ヒ素は典型的には生物に有毒であるが、化学的特性はリンのそれに似る。

ウルフ=サイモンのチームは彼女らの研究試料の中に非常に低いレベルのリンを認めていた。しかし彼女らはこのコンタミネーションはGFAJ-1に成長を許すのには不十分だと結論づけた。

トビアス・J・アルプと共同研究者たちによるものと、マーシャル・ルイス・リーヴズと共同研究者たちによるものの、二つの別個のScience誌の論文は、実際は、彼女の培地がGFAJ-1の成長を支えるのに十分なリンのコンタミネーションを含んでいたことを今明らかにする。この細菌は、高濃度のヒ素環境下で生きるよく適応した極限環境微生物であり、苛酷状況下でリンをあさることに適応していると思われ、それはヒ素が細胞内に存在しているときでさえも成長できる理由を説明する助けになるだろう。

結論として、ウルフ=サイモンによる彼女のグループのデータの解釈とは裏腹に、新しい研究はGFAJ-1が長く保たれた生命の法則を破らないことを示す。

科学プロセスは、科学者たちが発表された結果を再現しようと試みるものであり、元より自己修正するものである。Science誌は、極端に抵抗力がある生物GFAJ-1についての追加情報の発表を歓迎している。この生物の、とりわけヒ素耐性機構に関してのさらなる研究は興味深いはずだ。

Science誌は以前、元々のGFAJ-1研究についての8つのテクニカル・コメントを、ウルフ=サイモンのチームからの返事とともに発表していた。(2011年6月3日の印刷版を参照:http://www.sciencemag.org/content/332/6034.toc。)

Science AAAS, press statement
Editorial Statement from the Journal Science Regarding New Findings on the GFAJ-1 Bacterium (PDF)
—8 July 2012—
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