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MICROBIOS SE ALIMENTAN DE ARSÉNICO PUEDEN REDEFINIR QUÍMICA DE LA VIDA

AGUAS CON ARSÉNICO

 

 

 

 

 

 

 

MICROBIOS SE ALIMENTAN DE ARSÉNICO PUEDE REDEFINIR QUÍMICA DE LA VIDA
Oddball bacteria puede sobrevivir sin uno de los bloques de construcción de la biología fundamental.

Alla Katsnelson

Una bacteria en arsénico lleno de Lago Mono de California realiza una química novedosa que el comercio off.Feargus Cooney / Lonely Planet ImagesA bacteria que se encuentran en las aguas llenas de arsénico de un lago de California está a punto de derribar la comprensión científica de la bioquímica de los organismos vivos. El microbio parece ser capaz de sustituir el fósforo con arsénico en algunas de sus procesos celulares básicos – lo que sugiere la posibilidad de una bioquímica muy diferente a la que conocemos, lo que podría ser utilizado por los organismos en condiciones extremas pasada o presente en la Tierra, o incluso en otros planetas.

Los científicos siempre han pensado que todos los seres vivos necesitan fósforo para la función, junto con otros elementos como hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno y azufre. El ión fosfato, PO43-, desempeña varias funciones esenciales en las células: se mantiene la estructura del ADN y el ARN, se combina con los lípidos de las membranas celulares para hacer los transportes y la energía dentro de la célula a través de la molécula de trifosfato de adenosina (ATP).

Pero Felisa Wolfe-Simon, un geomicrobiólogo y Astrobiología de la NASA investigador con sede en el Servicio Geológico de EE.UU. en Menlo Park, California, y sus colegas el informe de hoy en línea en ciencia1 que un miembro de la familia de proteobacterias Halomonadaceae puede utilizar arsénico en lugar de fósforo. El hallazgo implica que “potencialmente pueden cruzar el fósforo de la lista de elementos necesarios para la vida”, dice David Valentín, un geomicrobiólogo en la Universidad de California en Santa Bárbara.

Muchos escritores de ciencia-ficción han propuesto formas de vida que el uso alternativo bloques elementales, a menudo de silicio en vez de carbono, pero esto marca el primer caso conocido en un organismo real. El arsénico se coloca justo debajo de fósforo en la tabla periódica, y los dos elementos pueden desempeñar un papel similar en las reacciones químicas. Por ejemplo, el ion arseniato, AsO43-, tiene la misma estructura tetraédrica y los sitios de unión en forma de fosfato. Es tan similar que puede conseguir dentro de las células mediante el secuestro de mecanismo de transporte de fosfato, lo que contribuye a la alta toxicidad de arsénico a la mayoría de los organismos.

Elemento de la sorpresa
Wolfe-Simon pensaba que el paralelismo entre los dos elementos podría significar que a pesar de su toxicidad, el arsénico era capaz de realizar trabajo de fósforo en la célula. Su búsqueda de un organismo que no sólo se tolera el arsénico, pero hacer uso de biológicos que la llevó al lago Mono en el este de California. El lago de 180 kilómetros cuadrados, tiene una concentración de arsénico muy altos, debido a los minerales de arsénico, que arrastran desde las montañas cercanas.

Wolfe-Simon y sus colegas recopilaron lodo del lago y agregó las muestras a un medio artificial de sal que carecen de fosfato de alta, pero en el arseniato. A continuación, realiza una serie de diluciones de la intención de lavar cualquier resto de fosfato en la solución y reemplazarla con arseniato. Ellos encontraron que un tipo de microbio en la mezcla parecía crecer más rápido que otros.

Los investigadores aislaron el organismo y descubrieron que cuando se cultivan en una solución de arseniato de que ha crecido un 60% más rápido que lo hizo en una solución de fosfato – no tan bien, pero sigue siendo robusto. La cultura no crecen en absoluto cuando se le priva tanto de arseniato y fosfato.

Cuando los investigadores agregaron el arseniato de radio-etiquetado de la solución para realizar un seguimiento de su distribución, se encontraron con que el arsénico estaba presente en las fracciones celulares que contienen la bacteria de proteínas, lípidos y metabolitos como el ATP y la glucosa, así como en los ácidos nucleicos que componen su ADN y el ARN. Las cantidades de arseniato detectados fueron similares a las esperadas de fosfato en la bioquímica celular normal, lo que sugiere que el compuesto se estaba utilizando de la misma manera por la célula.

El equipo utilizó dos técnicas de espectrometría de masas para confirmar que el ADN de la bacteria contiene arsénico, lo que implica – aunque no directamente, demostrando que el elemento ha tomado sobre el papel de fosfato en mantener unida la columna vertebral del ADN. Análisis con láser, como los rayos X de un acelerador de partículas Sincrotrón indicó que este arsénico tomó la forma de arseniato, e hizo con bonos de carbono y oxígeno en la misma forma como el fosfato.

“Nuestros datos son muy sugerentes de arsénico sustitución de fósforo”, dice Wolfe-Simon, y agregó que si el microbio Halomonadaceae relativamente común puede hacerlo, probablemente otros pueden también. “Puede ser una indicación de este otro mundo que nadie ha visto”, dice ella.

Un mundo de posibilidades
María Voytek, director del programa de astrobiología de la NASA en Washington DC, está de acuerdo en que los resultados son convincentes. “Creo que hay una sola de sus medidas se pueden probar” que el arseniato es hacer lo que normalmente fosfato, dice ella, pero en conjunto, “que de manera conservadora se dice que es muy difícil llegar a una explicación alternativa.”

Para ser realmente convincente, sin embargo, los investigadores deben demostrar la presencia de arsénico no sólo en las células microbianas, pero en biomoléculas específicas dentro de ellos, dice Barry Rosen, un bioquímico de la Universidad Internacional de Florida, Miami. “Sería bueno si pudiera demostrar que el arsénico en el ADN es en realidad en la espina dorsal”, dijo.

También, dice, el panorama es todavía falta una comprensión de qué es exactamente el interruptor de arsénico y fósforo medios para una celda, dice Rosen. “Lo que realmente necesitamos saber es que las moléculas en la célula tiene arsénico en ellos, y si estas moléculas son activos y funcionales”, dice.

Por ejemplo, si el fosfato en el ATP fue cambiado por el arseniato, sería la reacción de transferencia de energía que alimenta una celda de ser lo más eficiente? En los procesos metabólicos en los que, arseniato de obligar a que con la glucosa que los bonos se forma – más débiles que las de fosfato – es tan eficaz? Y se unen grupos fosfato a las proteínas de modificar su función, sino que el arseniato de trabajo así?

“Como químico, estoy obsesionado con los detalles”, dice Rosen. “Creo que los futuros estudios realmente tienen que atar cómo este organismo lo hace.”

Otros sostenían profundas reservas. “Queda demostrado que esta bacteria utiliza arseniato como un reemplazo para el fosfato en su ADN o en cualquier otra biomolécula que se encuentran en la biología” estándar “terrícola”, dice Steven Benner, que estudia la química del origen de la vida en la Fundación Aplicada Evolución Molecular en la Florida en Gainesville.

Arseniato de forma enlaces mucho más débil que el fosfato en el agua, que se rompen en el orden de minutos, dice, y aunque podría haber otras moléculas estabilización de estos bonos, los investigadores tendrían que explicar esta discrepancia para la hipótesis de pie. Sin embargo, el descubrimiento es “fenomenal” si se mantiene después de los análisis químicos más, Benner añade. “Esto significa que muchas, muchas cosas están mal en términos de cómo vemos las moléculas en el sistema biológico.”

Además de cuestionar la suposición de que el fosfato es absolutamente necesario para la vida, la existencia de la bacteria “ofrece la oportunidad de elegir realmente aparte de la función de fósforo en diferentes sistemas biológicos”, señala Valentín. Incluso puede ser una manera de utilizar los microbios amantes de arsénico para combatir la contaminación por arsénico en el medio ambiente, añade.

Mientras tanto, Wolfe-Simon y sus colegas coinciden en que hay mucho más por hacer. El primer paso es ver si estas u otras bacterias reemplazar fosfato con arsénico natural, sin ser forzados a hacerlo en el laboratorio, dice ella. El grupo también tiene planes para secuenciar el genoma del microbio.

“Tenemos 30 años de trabajo por delante para averiguar lo que está pasando”, dice Wolfe-Simon.

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