【生命化學】嗜砷細菌真神奇?沒磷沒戲唱

■日前有兩支研究團隊重做了一項備受爭議的研究,而這次他們發現,世人原本認知的生命化學法則依然堅不可摧。

研究指出,GFAJ-1細菌雖然可以在砷濃度極高的環境中存活,卻沒辦法用砷合成DNA。圖片提供:SCIENCE/AAAS

編譯│汪芃

學界為這件事沸沸揚揚爭執了一年半,如今最後的判決書總算出爐──原來美國加州莫諾湖(Mono Lake)的耐砷細菌雖然神勇,沒了磷一樣活不成。

二○一○年時,微生物學家費莉莎.沃夫西蒙(Felisa Wolfe-Simon)在《科學》期刊網站上發表了一份關於鹽單胞菌科(Halomonadaceae)細菌GFAJ-1的研究,指出這種細菌的DNA(去氧核糖核酸)等重要生化物質中可能含有砷原子,而非一般情況的磷原子。

沃夫西蒙的團隊在莫諾湖底砷濃度極高的沉積物中發現大量GFAJ-1細菌。這個湖泊水淺而鹹,最為世人所知的事蹟,就是曾出現在一九七五年平克佛洛伊德樂團(Pink Floyd)《願你在此》(Wish You Were Here)專輯的隨附明信片上。

目前已知的各種生命型態都仰賴六種元素,分別是碳、氫、氮、氧、磷、硫,而其中砷和磷的確有一些化學相似性,但一般而言,砷對於生物是有劇毒的,因此前年該研究指稱有生命以砷做為養分,自然引來諸多疑問,也有許多人批評美國航太總署(NASA)竟大動作召開記者會來發表這樣的研究成果。

沃夫西蒙這份研究爭議重重,因此當論文發表在二○一一年六月的《科學》期刊時,期刊還同時刊載了其他科學家的專業評論,且多達八篇。

大翻案

加拿大英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia)的微生物學家蘿希.芮菲爾德(Rosie Redfield)決定著手實際檢驗沃夫西蒙的研究成果。今年稍早時,她公開表示她在實驗室中依樣畫葫蘆進行了相同的實驗,但得出的實驗結果卻與沃夫西蒙不同。

至今已有兩篇論文證實GFAJ-1細菌雖可耐受砷元素,卻仍得仰賴磷來維持生命,而芮菲爾德正是其中一篇論文的共同作者。《科學》期刊已於七月八日發表這兩份研究成果。

「耐毒奇兵」

芮菲爾德和研究同仁指出,他們把GFAJ-1細菌放置在一個含有砷及微量磷元素的環境中培養,觀察結果發現,這些菌的DNA並不包含砷酸鹽(結構類似磷酸鹽)等砷化合物。而另一份研究的主持人是瑞士蘇黎世聯邦理工學院(Federal Institute of Technology)的微生物學者朱麗亞.芙霍特(Julia Vorholt),她和研究團隊在論文中指出,GFAJ-1細菌在有砷但完全沒有磷的環境中是無法生長的,但只要有一點磷元素,那麼即使會接觸到砷,則依然能順利滋長,GFAJ-1「這種細菌雖然耐砷,卻仍需要磷元素才能生長」。

芙霍特說:「我想我們現在已經證據確鑿,能證明GFAJ-1細菌的新陳代謝機制仍然仰賴磷元素,跟目前所有已知的生命型態都相同,只是這種細菌生命力旺盛,擁有絕佳的適應力,在磷含量極低的環境中仍能盡量吸收養分,效率很高。」

芙霍特也補充說明,指出沃夫西蒙團隊使用採樣的含磷量應該比他們原先以為的高。

《科學》期刊也發表聲明表示:「這份新研究指出,GFAJ-1細菌並未打破世人長久以來相信的生命法則,這推翻了沃夫西蒙對於實驗結果的解讀。」

對此,沃夫西蒙則回應道:「我論文強調的是GFAJ-1細菌對於砷的耐受度,但也提到這些細菌仍然需要磷元素,這部分跟現在這兩份新研究是一樣的。但根據我們的資料推論,這些GFAJ-1細菌很可能已將微量砷吸收進細胞和生物分子,以幫助細胞適應高砷低磷的環境,而這些細菌體內的砷含量這麼少,一旦細胞打開,砷元素或許就很難測到,或者是變得不穩定了。」

沃夫西蒙還說,GFAJ-1細菌的故事可不是這樣就塵埃落定。她表示:「最關鍵的問題是,這種細菌究竟如何在砷含量極高的險惡環境中滋長茁壯?還有,那砷跑到哪裡去了?」
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 研究出處:Arsenic-loving bacterium needs phosphorus after all

責任編輯:Nita Hsu

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