Az év tudományos híre az arzéntartalmú baktérium

A NASA hivatalosan csak csütörtökön, magyar idő szerint este 8-kor jelentette be a felfedezést, ami órákkal korábban kiszivárgott már: a Felisa Wolfe-Simon vezette kutatócsoport a kalifornai Mono-tóban egy korábban ismert baktérium új törzsét fedezte fel, ami képes a DNS-ébe foszfor helyett arzént építeni. A felfedezés azért volt nagyon meglepő, mert a biológusok eddig úgy tudták, hogy a DNS-t csak öt biogén elem – szén, hidrogén, nitrogén, oxigén és foszfor – alkothatja (és létezik még egy hatodik biogén elem is,a kén).

A Halomonadaceae baktériumcsalád GFAJ-1 jelű törzsét laboratóriumban tenyésztették úgy, hogy a tenyészetben a foszfátot fokozatosan arzenátra cserélték (a foszfornak és az arzénnak ezek a leggyakoribb megjelenési formái a természetben). A baktériumok át tudtak állni az új elemre, és a kutatók DNS-elemzéssel is megerősítették, hogy az arzén a GFAJ-1 DNS-ébe is beépült. Azt egyelőre nem tudták megmondani, hogy a baktérium hogyan tud ilyen rugalmas lenni és azt sem, milyen kémiai mechanizmussal működnek az arzéntartalmú szerves molekulák.

Életkörülmények még több bolygón

A sajtóban a hírt kommentáló, a kutatásban nem résztvevő tudósok üdvözölték a felfedezést, bár megfigyelhető, hogy a mikrobiológusok általában óvatosabban fogalmaztak, mint a felfedezéshez más szempontból közelítő asztrobiológusok. Utóbbiak ugyanis többnyire azt hangoztatták, hogy a földön kívüli élet kutatásában ezentúl figyelembe kell venni olyan bolygókat is, amikről eddig úgy gondolták, hogy életre alkalmatlan körülmények uralkodnak rajtuk.

Ezt hangsúlyozta például a Guardiannak Zita Martins, az Imperial College London asztrobiológusa, bár kitért arra, hogy a földön kívüli életet kereső – elsősorban a Marsra és a Titánra irányuló – missziók nem elemeket, hanem komplexebb molekulákat, aminosavakat, nukleinsavakat keresnek. A Scientific American a pullmani Washington Állami Egyetem asztrobiológusát, Dirk Schulze-Mahuchot szólaltatta meg, aki nagyon meggyőzőnek nevezte a felfedezést a Science magazinban leíró tanulmányt.

A Popular Science-ben Pamela Conrad, a NASA Goddard Űrközpontjának munkatársa, a kimondottan az életjelek keresésére tervezett Curiosity Mars-járó építésének egyik felügyelője lelkendezett. „Fantasztikus eredmény ez, valószínűleg ki kell bővítenünk elképzeléseinket arról, hogy milyen környezeti feltételek tehetik lehetővé az életet” – fogalmazott.

Ősi maradvány?

A biológia többi területének képviselője visszafogottabban, de többnyire szintén elismerően nyilatkozott „Nem kellenek új tankönyvek, de néhány mondatot és bekezdést biztosan át kell írni a mai nap után” – mondta például a Popular Science-nek James Elser, az Arizona Állami Egyetem professzora.

„Ez az első alkalom, hogy helyettesítő kémiai elemet mutattak ki DNS-ben” – kommentálta a felfedezést a New Scientistnek Philippe Bertin, a Strasborgi Egyetem kutatója. „Lehetséges, hogy ez egy ősi anyagcsere-folyamat maradványa, amit kiszorult az evolúcióból, mert a foszfor jóval stabilabb és kevésbé mérgező.”

Dr. Maráz Anna, a Corvinus Egyetem Mikrobiológiai és Biotechnológiai Tanszékének vezetője szerint is meglepő volt a felfedezés. „Az arzénre mindig is mint toxikus anyagra gondoltunk, tehát a felfedezés mindenképpen teljesen új szempontból közelít és az evolúciónak olyan lépcsőfokát tárja fel, amiről eddig nem voltak ismereteink” – mondta el, amikor megkerestük. „Nagyon sok újdonságot fog hozni ezeknek a baktériumoknak a további vizsgálata. Az arzéntartalmú DNS-szerkezet kihatással lehet a sejt több biokémiai folyamataira, akár enzimekre is. Azt remélem, hogy ez csak az első ilyen baktérium, és fognak célzottan keresni és találni további hasonló mikrobákat.”

A Critical Biomass blog gazdája, Varga Máté biológus hosszabb kommentárt is közölt a bejelentésről, amiben kifejti, hogy a felfedezésnek voltak előzményei: néhány éve ismert már, hogy néhány prokarióta élőlény különböző arzénvegyületeket képes az anyagcseréjében használni. Varga szerint a mostani felfedezés második ránézésre már nem annyira meglepő. „Az arzén és a foszfor rokon vegyületek, egymás alatt helyezkednek el a periódusos rendszerben. Ebből a hasonlóságból ered egyébként az arzén toxicitásának egy része: a foszfor helyére épül be, instabillá téve azokat a folyamatokat, ahol a foszfornak kulcsszerepe van” – írta. „Sőt, tulajdonképpen ezen hasonlóság alapján vetette fel Felisa Wolfe-Simon, hogy az élet kialakulásakor akár a foszfor helyett arzén lehetett a fontosabb. Szavait erős szekpticizmus fogadta és feltehetőleg ez hajtotta, hogy igazát kísérletes formában is keresse.”

Varga felhívja a figyelmet két tényre, amik a híradásokban kevésbé szerepelnek. Az egyik az, hogy a GFAJ-1 nem függ az arzéntól – olyannyira nem, hogy foszfor hozzáadása mellett lényegesen gyorsabban nő és osztódik. Vagyis az arzént csak kényszerből használja fel, ha nem jut hozzá foszforhoz. A másik érdekesség, hogy a kutatók a baktérium egy anyagcsere-származékában is találtak arzéntartalmú vegyületet. Az élőlényekben az energiatárolásban fontos szerepet tölt be a foszfát, de a jelek szerint a GFAJ-1-ben ezt is átvehette az arzenát. „Az alapkérdés, miszerint az élet kezdetén mi volt hamarabb a foszfor, még megválaszolatlan. A GFAJ-1 minden rendelkezésünkre álló adat szerint egy különleges adaptációt mutat, különleges életkörülményeinek megfelelően és köszönhetően, és nem egy, az élet hajnaláról tanúskodó, ősi tulajdonságot tartott meg. Ugyanakkor hirtelen sokkal hihetőbben hat az arzént preferáló elmélet, mint ezelőtt pár nappal. Még az sem zárható ki, hogy egy nap kiderül, igaz” – írja a blog.