Trucizna doskonała
Felisa wstrzymuje oddech
Sceptycy i entuzjaści
Co może pasja i upór kobiety? Może zmienić obecną definicję życia na Ziemi. Jak bowiem inaczej nazwać odkrycie, którego dokonała amerykańska doktorantka, "bawiąc się" błotem ze słonego jeziora w Kalifornii? Jeśli jej badania się potwierdzą, będzie to oznaczało, że znaleźliśmy na naszej planecie obcych. I nie są to wcale zielone ludziki, ale bakterie. W tej sytuacji nie dziwi, że prestiżowe "Science" pisze o nich w pierwszej kolejności, a NASA organizuje międzynarodową telekonferencję.Od największych wielorybów po najmniejsze bakterie wszystkie formy życia na Ziemi oparte są na sześciu pierwiastkach: węglu, tlenie, wodorze, azocie, fosforze i siarce. Ten zestaw jest tak skonstruowany, że każda próba zamiany któregokolwiek z tej szóstki na inny pierwiastek pociąga za sobą zmiany w stabilności i reaktywności cząsteczek niezbędnych do funkcjonowania komórek. Ale poznajmy wyjątek od tej żelaznej reguły - GFAJ -1, szczep bakterii, który potrafi zastąpić fosfor (niezbędny do pracy kluczowych molekuł, w tym DNA) ulubioną trucizną Agathy Christie - arszenikiem.Znalazła go Felisa Wolfe-Simon, geomikrobiolog, pracująca obecnie w Amerykańskich Służbach Geologicznych. Felisa jest także astrobiologiem, a to oznacza, że szuka dla wielu osób niemożliwego, czyli śladów życia pozaziemskiego na naszej planecie (i poza nią), lub jak ktoś woli życia opartego na alternatywnych formach.Pasja Felisy zrodziła się podczas jej współpracy ze znanym fizykiem, chemikiem i również astrobiologiem Arielem Anbarem z należącego do NASA College of Liberal Arts and Sciences na uniwersytecie stanu Arizona. Spotkali się w 2006 roku podczas jednego ze spotkań dotyczących alternatywnych form życia.- Podczas gdy inni prelegenci przedstawiali swoje pomysły na szukanie takich form, mówiąc, że "może by to zrobić mniej więcej tak" albo "to powinno przypominać coś takiego", Felisa przedstawiła konkretny plan i pomysł, jak go wykonać. Chciała dowieść, że na Ziemi istnieją mikroorganizmy, które wykorzystują arsen (arszenik jest jego tlenkiem) zamiast fosforu do swoich przemian biochemicznych - opowiada Anbar.Fosfor w postaci związków zwanych fosforanami buduje m.in. szkielet kwasów DNA i RNA, w także inne cząsteczki ważne dla życia jak ATP i NAD - obie mające kluczowe znaczenie dla przekazywania energii w komórkach. Wydaje się nie do zastąpienia. Jednak arsen według Wolfe-Simon, który znajduje się tuż obok fosforu w tablicy Mendelejewa, ma bardzo do niego podobne właściwości. Tak bardzo, że komórka może się pomylić i włączyć ten pierwiastek zamiast fosforu w budowanie swoich cząsteczek. To, niestety, jest dla niej zgubne, bo pochodne arsenu (arseniany), choć podobne w swojej budowie do fosforanów, jednak nimi nie są. Drobne różnice powodują, że związki te wbudowują się w komórkę, ale nie spełniają oczekiwanej roli i niczym guma do życia "zaklejają" cząsteczki, które nie mogą pełnić swoich funkcji. Z czasem cały komórkowy metabolizm staje i komórka umiera. To dlatego arszenik jest toksyczny dla ludzi i większości form życia ziemskiego.Mimo to badaczka wciąż uważała, że niektóre mikroby mogły przystosować się do korzystania z arsenu. Napotkała jednak mur niechęci i niedowierzania. Argumenty? Arseniany są znacznie mniej stabilne w środowisku wodnym niż fosforany. To eliminuje je z gry.Felisa się jednak zaparła. Żeby przetestować swoją hipotezę, postanowiła zbierać osad z wyschniętego jeziora Mono w Kalifornii, które znane jest z tego, że ma bardzo dużą koncentrację arszeniku. Amerykanka starała się wyhodować z osadu bakterie. Aby móc dokonać pierwszej selekcji, czyli mieć pewność, że to, co rośnie na szalkach, nie jest zwykłymi mikrobami, do pożywek bakteryjnych nie dodawała żadnych fosforanów ani innych związków zawierających fosfor (pierwiastek ten jest zazwyczaj dodawany standardowo, żeby utrzymać rosnącą hodowlę bakterii).W drugim etapie selekcji, gdy coś na szalce wyrosło, Felisa przenosiła bakterie na nową płytkę, żeby jeszcze bardziej zmniejszyć koncentrację fosforu, który bakterie mogły mieć w sobie. Teraz, żeby przeżyć, mikroby musiały korzystać z arsenu.Niechęć innych do jej doświadczeń spowodowała, że Wolfe-Simon sama zaczęła wątpić w to, że cokolwiek jej na tych pożywkach wyrośnie. Dlatego, kiedy pewnego wieczoru sprawdzała kolejną kolonię pod mikroskopem, stanęła jak wryta - na szkiełku mikroskopowym żwawo poruszały się bakterie.Kompletnie zaskoczona przebadała jeszcze raz całą pożywkę, żeby mieć pewność, że nie dostały się tam jakieś związki fosforu. Wciąż niepewna, ale coraz bardziej podekscytowana, zaczęła poddawać mikroby najrozmaitszym testom, żeby sprawdzić, czy bakterie faktycznie wykorzystują arseniany. - Przy każdej analizie wstrzymywałam oddech - wspomina.Kiedy jeden z testów pokazał, że arsen nie jest tylko na zewnątrz, ale również wewnątrz komórek, jej zespół już wiedział, że ma w ręku sensację. By postawić kropkę nad i, biochemicy dodali do kultury bakterii oznakowany radioaktywnie arsen, który potem odnaleźli w białkach, tłuszczach, kwasach nukleinowych i produktach przemiany materii arszenikożernych komórek.Pełny sukces? To wciąż zbyt niewiarygodne, by uwierzyć - mówią dziś liczni naukowcy.- To ekscytujące odkrycie - uważa Barry Rosen, biochemik z Międzynarodowego Uniwersytetu Stanu Floryda w Miami. - Choć dla mnie to jeszcze nie jest wystarczający dowód. Uważam, że arsen był wewnątrz bakterii zebrany w wakuolach (żeby go unieszkodliwić, a nie wykorzystać - wakuole to komórkowe "śmietniki"), a nie był włączony w maszynerię komórki. Chciałbym zobaczyć, jak Wolfe-Simon i jej zespół demonstrują działający na arsenie enzym - podsumowuje.Marudzi też Steven Banner, astrobiolog z Fundacji na rzecz Stosowania Ewolucji Molekularnej z Gainesville na Florydzie. - Według mnie ta praca niczego nie dowodzi. Jaka miałaby dowieść? Nie wiadomo.Są jednak i sprzymierzeńcy.- Tak doskonale przeprowadzone doświadczenie jest dla mnie przekonujące - twierdzi Milva Pepi, mikrobiolog środowiskowy z Uniwersytetu w Sienie ( Włochy ). - Spokojnie można wyciągnąć z tej pracy wniosek, że życie może być zupełnie inne od tego, które znamy.Sytuacje łagodzi głos rozsądku. - Trudno się dziwić, że przy odkryciu, które zmienia reguły gry, uczeni chcą dostać więcej dowodów - tłumaczy mikrobiolog Robert Gunsalus z Uniwersytetu stanu Kalifornia w Los Angeles.Felisa broni się, argumentując, że szczep, który odkryła, wcale nie preferuje ani nie wykorzystuje w warunkach naturalnych arsenu zamiast fosforu. Słone jezioro ma dużo zarówno jednego, jak i drugiego pierwiastka, a jej szczep niewątpliwie rośnie lepiej, gdy ma "pod ręką" fosfor.To, co dla mnie ważne w tym odkryciu, to pewność, że formy życia niekorzystające z fosforu mają pełne prawo istnieć na Ziemi. - Teraz mam zamiar skupić się na terenach, gdzie jest duża koncentracja arszeniku, ale prawie nie ma fosforu. Na pewno coś znajdę - przekonuje badaczka.
'''Na specjalnej konferencji prasowej naukowcy z amerykańskiej agencji kosmicznej donieśli o odkryciu bakterii, w której DNA zidentyfikowali arsen. Wg autorów pracy to pierwsza znana forma życia na Ziemi, w której pierwiastek inny niż tlen, węgiel, wodór, azot, czy fosfor składa się na strukturę DNA.'''

NASA od kilku dni zapowiadała konferencję prasową na której zostanie przedstawione odkrycie, które zrewolucjonizuje naukę o życiu i jego poszukiwaniu poza Ziemią. Z nieoficjalnych wiadomości wiadomo było, że będzie ono dotyczyć arsenu. Keith Cowing, z portalu NASA Watch, dementował plotki o tym, że NASA odkryła życie pozaziemskie.

Zespół badawczy NASA odkrył w jeziorze Mono Lake (Kalifornia) bakterie '''GFAJ-1''' (z rodziny ''Halomonadacea''), w których DNA stwierdzili obecność arsenu w miejscach, gdzie normalnie występuje fosfor. O tym, że arsen stanowi szeroki analog fosforu w materii ożywionej wiadomo od dawna. Cecha ta stanowi zresztą jeden z powodów wysokiej toksyczności arsenu. 

Plik:GFAJ-1 electron-microscope.jpg|thumb|left|250px|Bakterie GFAJ-1 widziane przez mikroskop elektronowy
Bakterie były hodowane na pożywkach ubogich w fosfor, tak jak w naturalnych warunkach. Kolonie normalnie się rozmnażały. Gdy fosfor usunięto całkowicie, a zamiast niego w pożywce znalazł się arsen, ku zaskoczeniu naukowców, kolonie dalej rosły. Po wielu badaniach różnymi technikami naukowcy uznali, że bakterie użyły arsenu w miejsce fosforu do syntezy funkcjonalnych analogów szeregu biocząsteczek, przede wszystkim kwasów nukleinowych.

Łańcuch DNA bakterii z arsenem (zielone) występującym w zwyczajowym miejscu fosforu
Jeśli tezy autorów potwierdziłyby się, byłaby to pierwsza znana forma materii ożywionej, w której pierwiastek inny niż tlen, węgiel, wodór, azot czy fosfor wbudowany byłby w strukturę DNA. Do tej pory znane były tylko gatunki bakterii wykorzystujące reakcję związku arsenu z tlenem do produkcji energii. Od 2008 roku są też znane bakterie, które dokonują z udziałem arsenu reakcji będącej odpowiednikiem fotosyntezy.

Felisa Wolfe-Simon
Autorzy odkrycia uważają, że zmienia ono wiedzę o życiu na Ziemi, poszerzając jego definicję oraz  poszerza także warunki sprzyjające powstawaniu życia poza nią - warunki do życia opartego na arsenie mogą panować, na przykład na Tytanie, największym księżycu Saturna. Felisa Wolfe-Simon, kierownik naukowy projektu w ramach którego dokonano odkrycia, powiedziała, że "jeżeli coś tu na Ziemi potrafi zrobić coś tak niezwykłego, co jeszcze potrafi zrobić życie, a czego nie widzieliśmy?"

W konferencji wzięli udział:
* dr Mary Voytek, mikrobiolog, dyrektor programu badań astrobiologicznych NASA
* dr Felisa Wolfe-Simon, astrobiolog, U. S. Geological Survey, stowarzyszona z NASA
* dr Pamela Conrad, astrobiolog, Goddard Space Flight Center
* dr Steven Benner, biochemik i biofizyk, Foundation for Applied Molecular Evolution
* prof. James Elser, ekolog, Arizona State University

Badanie zostało opublikowane tego samego dnia w ''Science Express'' i szybko spotkało się z szeroką krytyką ze strony środowiska naukowego.