Bacterie ontdekt die arsenicum in plaats van fosfor gebruikt

Astrobiologe Felisa Wolfe-Simon  heeft aangetoond dat een bacterie het essentiële element fosfor kan vervangen door arsenicum. De publicatie is vandaag in Science Express (1) verschenen en om 8 uur vanavond door de NASA in een directe uitzending bekend gemaakt.

Zoals uit het Periodiek Systeem der Elementen blijkt, ligt Arsenicum As (33) direct onder fosfor P (15).  P en As delen dan ook vele chemische eigenschappen. Daarom is het niet ondenkbaar dat ze in organismen uitwisselbaar zouden kunnen zijn. In al het ons bekende leven speelt P een onmisbare rol. Het komt bijvoorbeeld voor in ATP en DNA. Astrobiologe Felisa Wolfe-Simon heeft in 2009 al aangetoond (2) dat onder bepaalde omstandigheden Arsenicum niet toxisch is voor micro-organismes en theoretisch zelfs P kan vervangen. Ze gaf in die publicatie een lijst van 15 biochemische reacties waarbij P is vervangen door As. Zij redeneerde dat in omgevingen waar er een gebrek is aan P en een overvloed aan As, er geen theoretische belemmeringen zouden moeten zijn voor Arsenicum om ingebouwd te worden in levende organismen. Afgelopen week was ze te zien in de Nederlandse wetenschapsprogramma Labyrint (4). Ze was monsters aan het verzamelen van bacteriën in het Mono Lake, Californië. In 1990 was al ontdekt dat er hoge concentraties arsenicum in het meer voorkomen. Bacteriën die daar leven moeten dus aan de hoge concentraties arsenicum zijn aangepast. Zij heeft nu kunnen bevestigen dat arsenicum ingebouwd is in het DNA door de bacteriën te kweken in een medium zonder fosfor en met arsenicum. Dit is voor het eerst dat er een alternatieve bouwsteen voor DNA in het laboratorium en in de natuur is aangetoond. De ontdekking kwam niet zomaar uit de lucht vallen, maar Wolfe-Simon heeft wel geluk gehad dat ze deze bacterie heeft gevonden.

Vele vragen

Er zijn nog vele vragen. Hoe kan deze bacterie leven met het gif Arsenicum? Is deze Arsenicum-bacterie een levend fossiel? Met andere woorden: staat het dicht bij de oorsprong van het leven? En heeft het leven zich later aangepast aan fosfor? Andere onderzoekers zijn kritischer en willen meer bewijs voordat ze accepteren dat arsenicum überhaupt in DNA wordt ingebouwd. Ze wijzen erop dat er ook fosfor in Mono Lake voorkomt. Wolfe-Simon erkent dat, maar wijst erop dat ze de bacteriën heeft gekweekt bij dermate lage concentraties fosfor waarbij normale bacteriën allang niet meer kunnen groeien. Volgens haar is de Arsenicum bacterie van belang bij het zoeken naar leven op andere planeten, omdat we nu rekening moeten houden met 'Arsenicum-bacteriën'. En als dit mogelijk is op onze aarde, zo vraagt ze zich af, wat kunnen we dan wel niet verwachten op andere planeten?

Bronnen

1. Felisa Wolfe-Simon (2010) 'A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus', Science, Published Online 2 December 2010
2. Felisa Wolfe-Simon, Paul C. W. Davies, Ariel D. Anbar (2009) Did nature also choose arsenic? 
3. Homepage van Felisa Wolfe-Simon
4. Labyrint aflevering met Felisa Wolfe-Simon
5. Toelichting op NASA  website (FW werkt bij de NASA).