Dna con l’arsenico

Aggiornamento del 10 luglio 2012: Science ha pubblicato due nuovi studi che contestano la scoperta. Per saperne di più si veda Galileo: “Il batterio all’arsenico? Era una bufala.

Qualcuno scopre un batterio, e molte delle nostre conoscenze riguardo alla vita sulla Terra devono essere improvvisamente riviste. Il microrganismo, infatti, infrange una legge basilare della biologia, su cui sembrava reggersi la possibilità della vita stessa: il fosforo è un elemento indispensabile per gli organismi viventi (forma anche il Dna).

Invece il batterio in questione è in grado di prosperare e riprodursi usando l’arsenico – un elemento altamente tossico per quasi tutte le forme di vita –  come sostituto del fosforo nelle proprie componenti cellulari. È la prima volta che viene osservata una cosa del genere (finora erano noti microrganismi in grado “solo” di respirare arsenico); normalmente l’arsenico risulta tossico proprio perché il suo comportamento chimico è molto simile a quello del fosforo e si inserisce in alcune reazioni biochimiche, compromettendole.

La scoperta ha una tale portata da spingere il rappresentante del Nasa Science Mission Directorate di Washington a dire che la definizione di vita dovrà essere allargata; in breve, ora sappiamo che una biochimica diversa da (e alternativa a) quella che conosciamo è possibile. Potrebbe quindi esistere sulla Terra, da centinaia di milioni di anni, una sorta di “biosfera ombra” basata sull’arsenico, rimasta finora sconosciuta.

Il microrganismo che riscriverà i libri di biologia è un gammaproteobatterio (GFAJ-1, della famiglia Halomonadaceae), ed è stato individuato dai ricercatori dell’Arizona State University nei sedimenti del Mono Lake, un lago con un’alta concentrazione di arsenico e un’elevata salinità, che si trova nel parco nazionale dello Yosemite (California). Il bacino presenta queste caratteristiche da 50 anni appena: da quando, cioè, è diventato un lago chiuso, completamente isolato da altri corsi d’acqua.  

Felisa Wolfe-Simon, geomicrobiologa e Fellow della NASA Astrobiology Research, coordinatrice della ricerca pubblicata su Science, lo ha studiato per mesi. I vari batteri isolati sono stati posti su un terreno di coltura artificiale con un’elevatissima concentrazione di arsenico e in cui venivano via via sottratti i fosfati. I batteri crescevano lo stesso: al 60 per cento della velocità con cui sarebbero cresciuti in presenza di fosforo, e un po’ meno bene, ma comunque “robusti”. Morivano, invece, se venivano privati sia di fosforo sia di arsenico.  

Impiegando una sofisticata tecnica di laboratorio, i ricercatori sono stati in grado di conoscere esattamente dove l’arsenico va a sostituire il fosforo all’interno della cellula batterica: nel Dna e nell’Rna, in parti di proteine, grassi e metaboliti, come la molecole dell’energia (Atp) e il glucosio. La quantità totale di arsenico è la stessa che ci aspetterebbe per il fosforo. “Finora si pensava che gli elementi della tavola periodica necessari alla vita fossero sei: carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, zolfo e fosforo”, ha scritto Wolfe-Simon nell’introduzione allo studio, “e lo scambio uno di questi può avere significati profondi in termini evolutivi”. 

“Il rover che sbarcherà sul Pianeta Rosso nel 2018 andrà a perforare la superficie, prelevando campioni che saranno poi analizzati dagli strumenti della sonda”, ha commentato John Robert Brucato, ricercatore dell’Osservatorio astronomico di Arcetri dell’Inaf e presidente della Società italiana di astrobiologia: “Uno di questi strumenti, chiamato Life Master Chip, avrà lo specifico compito di cercare biomolecole. Se l’arsenico può esser compatibile con la vita, bisognerà sviluppare i recettori di conseguenza”. 

Qui sono disponibili video e immagini

Riferimento: DOI: 10.1126/science.1197258

1 commento

  1. Il Mono Lake e’ vicino al parco nazionale dello Yosemite, non nel parco. Il lago era formato circa 760 mila anni fa e e’ stato chiuso tutto quel tempo. Ci sono corsi d’acqua che sfocia nel lago, ma non c’e’ qualsiasi scarico. Nel secolo scorso, la citta’ di Los Angeles ha deviato l’acqua e il livello dell’acqua ha caduto.

  2. Gentile Fabrizio,
    la ringraziamo per il commento. Non si hanno ancora sufficienti elementi per rispondere a questa domanda. In seguito alla conferenza stampa voluta dalla Nasa, molti scienziati si sono detti scettici (http://rrresearch.blogspot.com/2010/12/arsenic-associated-bacteria-nasas.html) e i media hanno cominciato a sollevare dubbi sulla ricerca. Una delle ipotesi è che dell’arsenico usato per trattare il Dna da esaminare sia rimasto “attaccato” ai campioni. La ricercatrice Felisa Wolfe-Simon (http://www.ironlisa.com/), prima firma dello studio sui batteri, dopo aver rilasciato un primo documento (http://ironlisa.com/gfaj/GFAJquestions_Response_16Dec2010.pdf,) ha smesso di rispondere alla domande dei giornalisti e dei colleghi, preferendo affidarsi alla peer review: ha reso pubblico il suo paper per un mese, in modo che tutti potessero prenderne visione, e ha rilasciato una lunga intervista a Science (http://news.sciencemag.org/sciencenow/2010/12/arsenic-researcher-asks-for-time.html) pubblicata il 24 dicembre scorso.

    Alla domanda sui possibili residui di arsenico nei campioni, Wolfe-Simon ha risposto così: “[…] abbiamo lavato le cellule molto bene. Abbiamo seguito il protocollo standard per l’estrazione del Dna […] per rimuovere tutte le impurità, compreso l’arsenico libero”. La ricercatrice, insomma, esclude che l’elemento possa essere rimasto attaccato al Dna batterico per errore, ma preferisce che sia la comunità scientifica a stabilire se quanto osservato sia un abbaglio o meno. Al momento, le risposte alle questioni sollevate dalla comunità sono sotto esame da parte dei revisore di Science, che dovrebbe a breve rilasciare le sue conclusioni. Intanto, la scienziata si starebbe muovendo per ripetere l’esperimento insieme a laboratori indipendenti.

    Qui (http://www.monobasinresearch.org/research/arsenic.htm) potete trovare 24 paper che discutono di arsenico e vecchi microbi nel Mono Lake, e qui (http://www.monolake.org/today/2010/12/21/video-ron-oremland-discusses-arsenic/) un interessante video.

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