חיים מבוססי ארסן? כנראה שלא...

ב2010 התפרסם מאמר בכתב העת היוקרתי science המתאר זן של חיידקים המצוי באגם העשיר בארסן המסוגל לשגשג בנוכחות החומר הרעיל, ולהשתמש בו כתחליף זרחן בסנתזת ה-DNA ובתהליכים המטאבוליים השונים. המשמעויות של מחקר זה היו עצומות, לראשונה תואר יצור חי אשר פיתח יכולת להחליף זרחן בחומר אחר. סוכנות החלל האמריקאית NASA, הגדירה את המחקר כעדות הראשונה לקיום חיים מסוג אחר. למרבה הצער, דברים לא היו כפי שהם נראו...

דוגמא לנוקלאוטיד מבוסס ארסן. התמונה נלקחה מויקיפדיה

מבנה הארסן דומה מאוד למבנה הזרחן. גם הוא, בדומה לזרחן מסוגל לקשור שלושה אטומים נוספים, הוא מסוגל להקשר במקום הזרחן לחומרים קושרי זרחן, כשהוא מתחמם הוא יוצר תחמוצת (As₂O₃), והוא לא הרבה יותר גדול מזרחן. נחמד לא? אז זהו שלא. במכתב תגובה שפורסם ב-2011 בScience הסביר החוקר ניצ'קה כי במחקר המקורי הראו החוקרים שבסביבה עם ריכוז גבוה פי 10,000 של ארסן מזרחן, עדיין היה ספיגה רק של פי 3 יותר ארסנט אל התא. זה רחוק מלהראות שהארסנט פעיל ביולוגית ומחליף את הזרחן. בנוסף טען ניצ'קה, הארסן יכול להפוך לחומר בעל פוטנציאל להיות פעיל ביולוגית רק בתנאים מסויימים שאינם שוררים בציטופלסמה של חיידקים. לתגובה זו קדם מאמר סקירה שפורסם בידי פרופ' דן תאופיק ממכון ויצמן למדע, בו הוא סוקר את הידוע בספרות המדעית אודות היכולת של ארסן להחליף את הזרחן בסביבה ביולוגית. תאופיק העלה ספקות בנושא בעיקר לאור המאפיינים הכימיים של הארסן בתנאים הפיסיולוגים השוררים בתוך החיידק. כמו כן העלה תאופיק טענות כנגד הקשר שנעשה בין התוצאות שפורסמו למסקנות מרחיקות הלכת.

במאמר שפורסם בכתב העת היוקרתי Science ב-2012, הראתה החוקרת רוזי רדפילד כי, בניגוד למסקנת החוקרים, ה-DNA של אותו חיידק לא מכיל ארסנט. רדפילד גידלה את החיידקים בסביבה עשירה בארסן ודלילה בזרחן, בודדה DNA מהחיידקים והראתה באמצעות שיטת ספקטורמטרית המסות כי הDNA אינו מכיל כלל ארסן קשור. מחקרה של רדפילד לא הפריך את המחקר, אך הוא בהחלט ערער את הקביעה כי החיידקים מסוגלים להחליף זרחן בארסן.

שלושה חודשים לאחר מכן התפרסם מאמר של פרופ' דן תאופיק בכתב העת היוקרתי Nature בו הוא מראה כי חלבונים קושרי זרחן שלכאורה עברו אבולוציה לקשירת ארסן, למעשה מסוגלים לקשור זרחן ביעילות גבוהה בהרבה. תאופיק בחן שתי קבוצות של חיידקים רגישים לארסן ושתי קבוצות עמידות לארסן. בקבוצות אלו הוא בדק פעילות של חמישה חלבונים קושרי זרחן וניסה לראות עד כמה הם בררנים, או במלים אחרות באיזה ריכוז של זרחן, הן תעדפנה את הארסן. תוצאותיו היו מעניינות, היכולת של אותם החלבונים לקשור זרחן הגיע עד פי 4,500 מהיכולת לקשור ארסן. פירוש הדבר הוא שאותו חיידקים מסוגל לחיות בריכוזי זרחן נמוכים מאוד, כאלו הקיימים באגם מונו שם בוצע המחקר המקורי...

לסיכום אנו רואים כאן דוגמא מעולה ליעילות השיטה המדעית. מאמר פורסם, ואף שכבר עבר ביקורת עמיתים בעת קבלתו למגזין יוקרתי, ביקורת העמיתים לעולם אינה פוסקת. למאמר זה התקבלו מכתבים כמו זה של ניצ'קה. מכתבים אלו העלו ספקות סבירים שגררו מחקרים כמו זה של תאופיק ושל רדפילד אשר ערערו את התאוריה שבוססה במאמר. כיום הדיעה הרווחת בקהילה המדעית היא של אותם חיידקים מופלאים אכן יכולים לשרוד בסביבה עויינת מאוד, אך הם לא עברו התאמה כזו שמאפשרת להם לשגשג בזכות הארסן ולא בגללו. המחקר עורר התרגשות רבה כאשר פורסם, וגם אנחנו אזכרנו אותו בכתבה חיים שלא מהעולם הזה. זו איננה הפעם הראשונה בה מחקר מופרך וככל הנראה גם לא הפעם האחרונה...

אגם מונו העשיר בארסן. תמונה זו צולמה בידי Eeek ונלקחה מויקיפדיה.

לקריאה נוספת (אנגלית):
המחקר המקורי (שימו לב לכמות ההערות שנכתבו לו)
מכתבו של ניצ'קה לכתב העת science
מאמר הסקירה של אי הסבירות של ארסנט לתפקד ביולוגית
המחקר של רדפילד
המחקר של פרופ' תאופיק

ארז גרטי
דוקטורנט, המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.