Bakteri Ajaib Strain GFAJ-1 Berkembang Biak Dalam Kimia Arsenic

Tinuku
News KeSimpulan.com - Bakteri hidup dengan arsenic. Mikroba menggunakan unsur beracun bukan phosphorus. Ketika memasak Anda tidak bisa hanya menggantikan margarin untuk mentega.

Tetapi sekarang peneliti dapat membujuk mikroba untuk membangun dirinya dengan arsenic (arsenik) di kolam fosfor, sebuah substitusi yang belum pernah terjadi sebelumnya sebagai salah satu dari enam bahan penting dalam kehidupan. Bakteri tampaknya telah memasukkan form arsenic ke dalam mesin selular, bahkan DNA-nya, para ilmuwan melaporkan 2 Desember di Science.

Arsenic adalah racun dan sangat kimiawi saat bereaksi dalam fosfor yang meliputi tugas-tugas seperti menjaga DNA dalam double helix yang rapi, mengaktifkan protein dan menyediakan energi dalam sel. Jika temuan baru ini divalidasi maka memiliki implikasi besar di bidang biokimia dasar, asal-usul dan evolusi kehidupan, baik di Bumi dan tempat lain di alam semesta.

"Ini hasil luar biasa, mencolok, sangat penting, dan mengagumkan jika benar. Saya bahkan cenderung lebih skeptis karena implikasinya. Tapi pekerjaan mereka yang menarik. Ini orisinil dan mungkin sangat penting," kata Alan Schwartz, kimiawan molekul dari Radboud University di Nijmegen, Belanda.

Eksperimen dimulai dengan sedimen di Danau Mono timur California yang berkerumun dengan udang, lalat dan alga yang juga dapat bertahan dalam kimia aneh danau. Mono Lake terbentuk dalam cekungan tertutup (air melakukan penguapan) membuat danau hampir tiga kali lebih asin daripada laut. Sangat basa dan kaya karbonat, fosfor, arsenic dan belerang.

Dipimpin oleh Felisa Wolfe-Simon dari NASA Astrobiology Institute dan US Geological Survey di Menlo Park, California, para peneliti membangun kultur mikroba dari sedimen Danau Mono. Mikroba mendapat makanan khas gula, vitamin dan beberapa bekas logam, tetapi tidak fosfat (form favorit biologi fosfor). Kemudian tim mulai menambah arsenate (analog form arsenic) dalam jumlah yang semakin ditambah.

Salah satu mikroba, khususnya sekarang diidentifikasi sebagai strain GFAJ-1 (pengemar garam dari keluarga Halomonadaceae yang sebagian besar hidup di laut) diambil dan dibudidayakan dalam tabung uji. Beberapa diberi makan arsenate dan lainnya fosfat (phosphate). Mikroba yang hidup dari arsenate tidak berkembang sebanyak fosfat tetapi tetap terus tumbuh, membelah dua kali lipat setiap dua hari.

"Jika benar, mikroba ini telah mengatasi tantangan hidup dengan cara yang berbeda," kata Wolfe-Simon.

Arsenic berada tepat di bawah fosfor pada tabel periodik dengan begitu kimia berbicara dengan cara yang sama. Dan dari enam elemen penting kehidupan yaitu carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus and sulfur (CHNOPS), fosfor memiliki distribusi yang relatif naik turun di permukaan Bumi. Jika mikroba dalam tabung uji bisa dipaksa untuk hidup di arsenic, mungkin kehidupan primordial muncul di tempat yang kaya arsenic untuk berubah menjadi fosfor di kemudian hari. Sebuah "bayangan biosfer" kehidupan berbasis arsenic mungkin eksis bahkan alam gaib di Bumi atau batuan asteroid di ruang angkasa.

"Ini sebuah kejutan nyata. Kami memiliki unsur baru dalam kelompok enam, setidaknya untuk organisme ini dapat mempertahankan hidup," kata Ronald Oremland, geomikrobiolog US Geological Survey (USGS) di Menlo Park, California.

"Bukan tentang arsenic dan bukan tentang Mono Lake. Ada sesuatu yang mendasar tentang pemahaman fleksibilitas kehidupan. Setiap kehidupan, mikroba, pohon, Anda memasak CHNOPS. Tetapi kita memiliki sebuah contoh tunggal kehidupan. Anda tidak dapat mencari apa yang Anda tidak tahu," kata Wolfe-Simon.

Kemiripan antara arsenic dan fosfor juga membuat elemen begitu beracun. Kehidupan sering tidak dapat membedakan keduanya dan arsenic dapat menyusup ke dalam sel itu sendiri. Di sana bersaing dengan fosfor, membentuk sekelompok belerang menyebabkan kematian sel. Beberapa mikroba "bernafas" dengan melompat elektron, tetapi dalam berbagai kasus unsur beracun tetap berada di luar sel. Biokimia dasar mengatakan bahwa molekul ini sangat tidak stabil, mereka akan hancur jika berkembang dengan arsenate dan bukan fosfat.

"Setiap organisme yang kami ketahui menggunakan ATP (adenosine triphosphate) dan DNA terfosforilasi," kata Matius Pasek, biogeokimiawan dari University of South Florida di Tampa. Pasek mengatakan penelitian baru ini menarik dan fantastis, lebih banyak lagi studi yang dibutuhkan untuk meyakinkan secara tepat bagaimana mikroba menggunakan arsenate. Baik fosfat dan arsenate bisa menggumpal ke dalam beberapa kelompok dan sedikit muatan listrik negatif, DNA positif akan terseret ke gumpalan tersebut. Pasek berspekulasi mungkin arsenic terdeteksi dalam fraksi DNA merupakan rumpun terdekat yang dibungkus di sekitar DNA.

Mikroba mungkin melakukan kebijaksanaan, kata Everett Shock, geokimiawan dari Arizona State University di Tempe, pemakaian arsenic di beberapa tempat tetapi tidak semua. Shock mengatakan nilai riil studi mereka tidak spesifik. "Ini memperkenalkan adanya kemungkinan suatu substitusi pada salah satu elemen utama kehidupan. Seperti membentang perspektif sekarang kita harus melihat seberapa jauh ini terjadi," kata Shock.

Ketelitian analisis, kata Dirk Schulze-Makuch, astrobiolog dari Washington State University di Pullman. "Pertama kalinya saya benar-benar melihat bukti bahwa hal ini terjadi. Anda tidak bisa melihat pada satu molekul DNA dan berkata, oke, ada sebuah arsenic. Uji pelengkap dapat mengungkapkan peran elemen dalam mikroba. Jika Anda meletakkan ini semua secara bersama-sama Anda dapat membuat kasus yang sangat meyakinkan," kata Schulze-Makuch.

Penelitian ini memiliki implikasi bagi berbagai jenis kehidupan yang mungkin suatu hari nanti ditemukan astrobiolog dalam tata surya. "Studi memberi pemahaman bagaimana kehidupan dapat beradaptasi dan kita harus siap untuk temuan yang tidak terduga. Jika anda melihat tempat-tempat lain dari danau hidrokarbon di Titan hingga ke padang pasir Mars, kita benar-benar tidak boleh meremehkan kemampuan kehidupan untuk beradaptasi di tempat-tempat ini," kata Schulze-Makuch.
  1. Felisa Wolfe-Simon (NASA Astrobiology Institute, USA; U.S. Geological Survey, Menlo Park, CA, USA); Jodi Switzer Blum, Thomas R. Kulp, Shelley E. Hoeft, Ronald S. Oremland (U.S. Geological Survey, Menlo Park, CA, USA); Gwyneth W. Gordon (School of Earth and Space Exploration, Arizona State University, Tempe, AZ, USA); Jennifer Pett-Ridge, Peter K. Weber (Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, USA); John F. Stolz (Department of Biological Sciences, Duquesne University, Pittsburgh, PA, USA); Samuel M. Webb (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, Menlo Park, CA, USA); Paul C. W. Davies (NASA Astrobiology Institute, USA; BEYOND: Center for Fundamental Concepts in Science, Arizona State University, Tempe, AZ, USA); and Ariel D. Anbar (NASA Astrobiology Institute, USA; School of Earth and Space Exploration, Arizona State University, Tempe, AZ, USA; Department of Chemistry and Biochemistry, Arizona State University, Tempe, AZ, USA). A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus, Science 2 December 2010, DOI:10.1126/science.1197258

Felisa Wolfe-Simon http://ironlisa.com/
Ronald Oremland https://profile.usgs.gov/roremlan/
Dirk Schulze-Makuch http://www.sees.wsu.edu/Faculty/SMakuch/index.html
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment