Die Arsen-Bakterien: Doch ein lohnendes Forschungsobjekt?

Wir sind noch nicht durch mit dem Science-Paper von letzter Woche. Die Aufregung um den ärgerlichen Alien-Hype der NASA ist zwar jetzt etwas abgeflaut, aber nur weil sich alle Beteiligten über die Qualität der Veröffentlichung noch viel, viel mehr aufregen. Ich habe heute für Spektrumdirekt eine kurze Zusammenfassung geschrieben und die detaillierten Kritikpunkte kann man bei Redfield und Bradley nachlesen. Carl Zimmer zitiert eine Wissenschaftlerin mit der momentan zweifellos mehrheitsfähigen Aussage, man hätte das Paper gar nicht erst veröffentlichen dürfen, und der Aufmarsch von kritischen Beiträgen über die Rolle dieser oder jener Institution bei dem Debakel dürfte mindestens noch ein paar Stündchen weiter gehen.

Aber da sind ja noch die Bakterien. Die existieren tatsächlich, methodische Fehler hin oder her. Und auch wenn sie nicht gerade arsenhaltige DNA herstellen (was unwahrscheinlich, aber an diesem Punkt genauso wenig widerlegt wie nachgewiesen ist), haben sie ein paar Eigenschaften, die Fragen aufwerfen. Ich habe hier einfach mal ohne tiefer in die Materie einzudringen einige Punkte zusammengestellt, die mir beim Lesen des Papers aufgefallen sind.

Zum Beispiel tolerieren die kleinen Viecher nach wie vor extrem hohe Mengen Arsen. Das macht sie zu einem spannenden Modellorganismus, um die genauen Mechanismen einer Arsenvergiftung aufzuklären, und natürlich die entsprechenden Gegenmaßnahmen. Wegen der großen Bedeutung des Phosphats für viele Systeme der Zelle, von der DNA selbst bis zur Regulation von Enzymaktivitäten, versprechen derartige Untersuchungen reichlich neue Erkenntnisse.

Dann kommt ja noch hinzu, dass im interessantesten Experiment nur extrem wenig Phosphat vorhanden war. Rosie Redfield hat zwar gezeigt, dass die Menge Phosphat für das beobachtete Wachstum völlig ausreicht, aber es ist ja nicht nur die absolute Menge die zählt. Arsen und Phosphor konkurrieren um die Reaktionspartner. Wenn, wie in diesem Fall, zehntausend mal so viel Arsenat vorhanden ist wie Phosphat, hat das Auswirkungen auf diese Konkurrenz. Welche, und wie geht die Zelle damit um?

Davon mal abgesehen scheinen die Daten im Paper ja zu zeigen, dass die fragliche Kultur deutlich schlechter wächst, wenn weder Arsenat noch Phosphat zugegeben werden. Wenn das in Spuren vorhandene Phosphat bei Arsenzusatz zum Wachstum ausreicht, sollte es das ohne Arsenzusatz auch. Insofern kann ich – zumindest wenn die Daten stimmen – Redfields Argumentation hier nicht ganz folgen.

Abbildung 1b aus Wolfe-Simon et al.: Dieausgefüllten Kreise zeigen das Wachstum mit Phosphatzusatz, die Quadrate mit Arsenat und die leeren Dreiecke ohne Zusatz. Achtung, logarithmische Y-Achse.

Damit zusammenhängen könnte auch ein kleines Rätsel im Paper, das weder den Autoren noch ihren Kritikern wirklich aufgefallen ist, sondern Laura Landweber aus Princeton: Bei der Gelelektrophorese der Nucleinsäuren sieht man in den auf Phosphat gewachsenen Bakterien offenbar einen dicken RNA-Schmier im Gel, der bei der Arsen-Kultur völlig fehlt. Das könnte einfach mit Unterschieden bei der Präparation zusammenhängen. Man kann aber auch nicht ausschließen, dass hier tatsächlich Arsen eingebaut wurde und die RNA deswegen zerfallen ist – RNA wird in der Zelle so schnell umgesetzt, dass die Stabilität zumindest ein geringeres Problem ist als bei DNA.

Das ist natürlich alles Spekulation. Aber gerade deswegen sollte man jetzt keinesfalls die gesamte Forschung von Wolfe-Simon und Kollegen in die Tonne treten. Der Hauptautor Ronald Oremland vom USGS hat eben in einer NASA-Pressekonferenz angekündigt, die Bakterien interessierten Forschern zur Verfügung zu stellen. Jetzt dürfen die Kritiker zeigen, dass sie es besser können.

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Ich bin gelernter Chemielaborant und habe ab 1999 in diesem Beruf gearbeitet. Anschliessend habe ich an der Uni Hamburg Chemie studiert. Seit dem Abschluss Ende 2006 veröffentliche ich Beiträge in meinem Fischblog und verkaufe Artikel an andere Publikationen. Seit 2008 wohne ich im Raum Heidelberg und bin bei Spektrum der Wissenschaft für das Blogportal Scilogs verantwortlich. Daneben arbeite ich als freier Journalist und Redakteur unter anderem für die digitalen Angebote von Spektrum, veröffentliche auf verschiedenen Social-Media-Plattformen und experimentiere mit Mobile Reporting. Zu meiner Webseite

5 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. „Wenn das in Spuren vorhandene Phosphat bei Arsenzusatz zum Wachstum ausreicht, sollte es das ohne Arsenzusatz auch.“ Es sei denn, dass auf die Spuren von Phosphat – die im Ansatz mit Arsenat vermutlich vorhanden sind – nicht verzichtet werden kann. Wenn das Archaebakterium fast vollständig, aber eben nicht komplett, Arsenat als Phosphatersatz verwenden kann (aber z. B. für die Aktivierung von Enzymen nicht), würde das die drei unterschiedlichen Wachstumskurven meiner Meinung nach schon erklären. Oder habe ich da was übersehen?

  2. Why no RNA?

    (Apologies for commenting in English, on Google’s translation of your post.)

    I think there’s no RNA in the lane of arsenic-grown DNA because these phosphate-starved and non-growing have very few ribosomes. They are using almost all their phosphate for DNA.

  3. Biotransformation von Arsen nicht neu

    Wenn man die biochemischen Prozesse rund um Arsen untersuchen will, sollte man vielleicht nicht zum Mono Lake gehen, sondern dahin wo die Konzentrationen wirklich hoch sind.

    Im Yellowstone-Nationalpark wurden schon 2008 nicht nur Bakterien sondern eukariontische Algen gefunden, die Arsen umsetzen können:

  4. Hi Dr. Redfield,

    thanks for your input. It’s rather unfortunate that there is no gel from As-/P-, which would go a long way to confirm your hypothesis. However, I would expect at least some RNA even then.

    I have very limited experience in microbiology, so I simply don’t know, though.

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