Arseenibakteri saaga jätkub
 Toimetas Jaan-Juhan Oidermaa Saaga eelmise aasta lõpus sotsiaalmeedias ning ajakirjanduses korraga nii pahameeletormi, kahtlustelaine ning üllatustevoo osaks saanud ajakirjas Science ilmunud revolutsiooniline uurimusest ja eluks arseeni kasutavatest bakteritest jätkub – Science'i veebiväljaanne avaldas täna kaheksa tehnilist kommentaari uurimuse erinevatest kitsaskohtadest.  Ajakirjas Science möödunud aasta detsembris ilmunud uurimus oleks kinnitamisel revolutsiooniline. Felisa Wolfe-Simon teatas koos oma kolleegidega millestki bioloogiliselt seni võimatuks peetust. Töörühm leidis Californias asuvast Mono soolajärvest väidetavalt baktereid, mis kasutab nii enda DNA-s, kui ka muudes molekulides fosfori asemel seni teada olevatele elusolenditele mürgist arseeni. Seega sunniks eluks hädavajalike elementide nimistu leiu survel ümbervaatamist.   Seni on arvatud, et kõik Maa eluvormid peavad elus püsimiseks kasutama kuute erinevat elementi: hapnikku, süsinikku, vesinikku, lämmastikku, fosforit ja väävlit. Wolfe-Simon'i juhitud töörühm otsustas aga kontrollida, kas fosforile sarnaste keemiliste omadustega arseen võib teatud juhtudel fosforit asendada. Eksperimendi läbiviimiseks keskendusidki nad arseenirikkast soolajärvest pärit bakterikultuuridele. Nende erilise tähelepanu alla sattus äärmiselt vähe fosforit sisaldav GFAJ-1-ks tituleeritud bakter. Erinevates näidistes suurendasid nad järk-järguliselt vastavalt fosfori ja arseeni hulka.   Selgus, et bakter kasvas jõuliselt eri näidistes, kuhu lisati vastavalt kas fosforit või arseeni. Samas peatus bakteri kasv, kus vastavate elementide hulka üleüldse ei suurendatud. Seejärel kasutasid eri meetodeid kontrollimaks, kas mikroobid kasutasid tõepoolest biomolekulide moodustamiseks arseeni. Erinevad  kõrge resolutsiooniga spektroskoopia tehnikad kinnitasid nende hüpoteesi. GFAJ-1 DNA sisaldas arseeni. Sama tõestas ka sünkrotoni röntgenkiirgus – arseen oli fosforit asendades moodustanud hapniku ja süsinikugaerinevaid keemilisi sidemeid.   Kuigi töörühma uurimus läbis edukalt Science'i artiklite eelkontrolli protsessi, puhkes pärast uurimuse avaldamist ajakirjanduses ning sotsiaalmeedias torm. Töörühma nii õnnitleti, kui ka süüdistati neid tulemuste võltsimises. Valdavavalt negatiivse esmase kriitikalaine järel hakkasid ajakirja toimetusse saabuma ka üksikasjalikud tehnilised kommentaarid uurimuse kitsaskohtadest. Science otsustas täna avaldada neist kaheksa oluliseimat koos töörühma vastulausetega.     1) Ebastabiilne DNA (Steven Benner) – DNA-s leiduv arseeniühend peaks olema arseenaat diester, mis laguneb vees tunduvalt kiiremini kui fosfaat diestrid, mis muudaks DNA äärmiselt ebastabiilseks.    Arseeniühendid on suuremates biomolekulides ilmselt vähem paindlikud ning seega vee 	mõjude eest paremini kaitstud.   2)Mikroobid kasutasid fosforit (Steven Benner) – Mikroobid kasutasid vajalike sidemete moodustamiseks kas juba kasvukeskkonnas leiduvat fosforit või polnud lisatud arseen täielikult puhas.    Töörühm kinnitas, et nii eksperimentaalses kultuuris, kui ka kontrollkultuuris oli fosfori hulk 	täpselt sama. Bakter kasvas aga ainult keskkonnas, kuhu lisati arseeni. Samuti välditi 	kasutatud meetodite abil kasvukeskkonda ebapuhta arseeni lisamist.   3) Kohastunud bakterid (Patricia Foster) – Mikroobidel on fosfori sidumiseks kaks erinevat süsteemi – Pit -ja Pst süsteem. Kuigi Pit on ebaefektiivsem, on see töös kogu aeg. Pst seevastu on suhteliselt efektiivsem, kui fosfaadi tase on madalam. Seega võis Wolfe-Simon valida tahtmatult mikroobi, mille Pit-süsteem madalama fosfori ning kõrgendatud arseeni taseme mõjul enam ei funktsioneeri. Seega ei kasvanud mikroobid mitte lisatud arseeni tõttu, vaid täiustatud Pst-süsteemi najel.   	Arenenud Pst-süsteemi tõttu oleks esinenud  vaadeldavas keskkonnas originaalist erinevaid 	arseenivorme, mis oleks kas redutseeritud või denatureeritud. Vastavaid ühendeid keemiline 	analüüs aga ei paljastanud. Sellegipoolest tuleks asjaolule tulevikus tähelepanu pöörata.   4) Vähenõudlikud mikroobid (James Cotner/Edward Hall) – Bakterid võivad ellu jääda äärmiselt fosforivaestes tingimustes. Kuigi optimaalne fosfori hulk küündiks 1%, võivad bakterid edukalt eksisteerida ka keskkonnas, mille fosforitase jääb alla 0,1%. Vaatluse alla võetud mikroobides oli vastav näitaja 0,02%+- 0,01%, mis ei ole oluliset madalam mõningate looduses elavate bakterite vastavatest näitajatest.    Cortner ja Hall viitavad, et kogu mikroobigrupis oli fosfori tase kõrge ning vaid väga 	vähestes rakkudes oli fosforitase 0,1%'st tunduvalt madalam. Autorite sõnul viitavad 	sooritatud mõõtmised aga kogu grupile, mitte ainut üksikutele mikroobidele.     5) Puudujäägid esitusviisis ja matemaatikas (Istvan Csabai/Eörs Szathmary) – Rakkudes leiduva arseeni, kogu katses leiduva arseeni ning arseeni suhe fosforisse on puudulikult esitatud. Näiteks algartikli ühes tabelis on toodud, et kultuuris, kuhu lisati arseeni, on seda seitse korda rohkem kui fosforit, mil vastav suhe fosforirikkas kultuuris oli 0,002. Tulemustele jõuti aga arvutades vastava suhte iga üksiku proovi kohta ning seejärel nendest keskmise arvutades. Meetodina on sellise keskmise väärtuse leidmine aga ebakorrektne.    Autorid nõustuvad kriitikaga ning esitavad parandatud arvutused, mis on endiselt	 	algupäraste järeldustega kooskõlas.     6) Kahtlase väärtusega andmed (Csabai/Szathmary) – Rakkudes mõõdetud arseeni -ja fosforitase on erinevatel aegadel, juunis ja juulis, kultiveeritud bakterites väga erinev. Seega on tulemustest keskmine võtmine  ning selle põhjal järelduste tegemine kahtlase väärtusega.   	Fosfori- ja arseenitaseme erinevust võib selgitada näidiste kogumise ajaga. Ühel juhul 	koguti neid rakkude statsionaarse kasvufaasi ajal, mil neid ümbritsevad membraanid ei 	olnud veel lõplikult välja kujunenud. Ent isegi sellisel on juhul näitab kõrgendatud  	arseenitasemega koloonias iga tehtud mõõtmine kõrgemat arseeni/fosfori taseme suhet, kui fosforirikkas keskkonnas, kuhu arseeni ei lisatud.   7) Ebapiisav steriliseerimine (Rosemary Redfield)– Uurimuse autorid ei onud DNA eraldamisel raku ülejäänud sisust piisavalt ettevaatlikud. Vastavas protseduuris lõhutakse rakuümbrised ja eraldatakse tekkinud segust proteiinid ja teised  komponendid. DNA eraldamiseks segatakse see alkoholiga, mida tsentrifuugitakse. Kuna DNA aga erinevalt teistest ainetest selles ei lahustu, moodustab see vastavasse kapslisse kogunedes ühtlase kämbu. Redfield'i väitel oleks pidanud DNA-kapslit täiendavalt puhastama vältimaks võimalust, et kapslisse oleks jäänud alkoholijälgi, mis oleks võinud sisaldada ülejäänud rakumassi.    Wolfe-Simon'i sõnul puhastasid nad kapsleid 70% piirituses, pärast nende täitmist ja 	kuivatamist asetasid nad näidised ülipuhtasse vette. DNA eraldamise järel paigutati 	materjal analüüsiks ning DNA saagise uurimiseks agaroos-geelelektroforeesi. Redfield'i etteheide DNA geelist eraldamise jätmise kohta ei oleks autorite sõnul aga näidise arseeni- ja fosforisisalduse NanoSIMS tehnikaga uurimist mõjutanud.     8) Arseen ei asendanud tegelikult fosforit (David Borhani) – Uurimuses ära toodud näidised DNA-d sisaldavast agaroosi-geelis talletatud arseeni ja fosforit kasutanud mikroobikultuurist näitavad, et DNA molekulid on erineva suurusega, millest üks oli lisaks osaliselt lagunenud. Samuti näitab NanoSIMS'i analüüs, et eri kultuuride puhul ei ole arseeni -ja fosfori suhe süsinik-12 suhtes võrdne. Arseeni -ja süsinik-12 suhe on võrreldes fosfori -ja süsinik-12 märgatavalt väiksem.    NanoSIMS mõõdab iga elemendi puhul ioone erineval hulgal, seega ei saa vastavaid 	suhteid otseselt võrrelda.   9) Vale ioon (Barbata Schoepp-Cothenet) – Kuigi fosfaadi ioon on tõesti arsenaadi iooniga sarnane peaks see raku tsütoplasmas valitsevate tingimuste läbi muutuma arseniidiks, mille omadused on fosfaadi omadest tunduvat erinevad.    Röntgenkiirte sünkrotoni kasutades kogutud andmed ei sisaldanud mingeid märke arsenaadi 	redutseeritud vormidest, nagu seda on arseniit.   10) Kiirustatud järeldused (Stefan Oehler) – Uurimus esitletakse ainult esmaseid andmeid, mitte väiteid tõestavaid ning kinnitavaid eksperimente. Näiteks oleks nad võinud märgistatud isotoope sisaldavaid arseeni-rikastes tingimustes kasvanud biomolekule otseselt fotografeerida, mitte lihtsalt erinevaid rakuosasid sisaldavat lahust analüüsida.    Töörühm ootab oma kolleegidega koostöötamist, et hüpoteesi täiendavalt kontrollida. 	Samuti lisavad nad, et GFAJ-1 näidiseid on võimalik nüüdsest Oremland laboratooriumist 	uurimiseks palve peale saada.   Seega võib küsimus, kas arseenibakteriks tituleeritud mikroob tõepoolest arseeni armastab, viimaks lahenduse saada. Juhul kui teistes laboratooriumites jõutakse pärast korratavaid eksperimente järeldusele, et bakteri DNA-s on tõepoolest traditsioonilised fosfori-põhised sidemed asendatud arseeniga, on tegu esimese teadaoleva elutegevuseks arseeni kasutava elusolendiga. Viimane lisaks lootust astrobioloogidele, kes spekuleerivad maavälise elu võimalikkuse, kuju ning olemuse üle.  Wolfe-Simon'i töörühma üks põhilisi kriitikuid Rosemary Redfield on juba oma ajaveebis selle poolt astutud sammu tervitanud, ent jääb äraootavale seisukohale. „Enamik nende tõlgendusi võivad olla õiged, KUI... Paljudel juhtudel on tõesti nii, et need võivad õiged olla, aga iga kriitikanoodi vastuse puhul on nende tõele vastavuse tõenäosus imetilluke ja ma arvan, et mitte keegi ei leia need olevat väga veenvad,“ kirjutab Redfield.  Vastuseid, kas Wolfe-Simon'i tõlgendus on õige või mitte, saab olla ainult üks. Seda näitab ainult aeg.   Tutvu ka täies pikkuses tehniliste kommentaaridega ajakirja Science veebikeskkonnas. (Ligipääsetavad ainult registreerunud kasutajatele.) 
