El arsénico puede esperar

Ciertamente, el artículo sobre la bacteria que puede utilizar arsénico en lugar de fósforo ha levantado polvareda. Así que el objetivo propagandístico de la NASA se ha cumplido.

Pero también han empezado a aflorar las críticas. Gracias a César Sánchez he tenido noticia de la realizada por la microbióloga Rosie Redfield de la Universidad de la Columbia Británica. Es bastante larga, y dura, así que voy a resumir los principales puntos.

Crítica principal: básicamente no presenta NINGUNA evidencia de que el arsénico se haya incorporado en el DNA (ni en ninguna otra molécula)

¿En qué se basa Rosie Redfield para decir eso?

1.- Las curvas de crecimiento.
No hay una buena correspondencia entre ellas. Lo grave no es que el eje de ordenadas (eje y) esté en escala lineal (Densidad óptica u OD) y la otra en logarítmica (Nº de células). Lo grave es que parecen decir cosas distintas. La Densidad óptica nos mide la masa del cultivo, que a su vez debe equivaler al número de células. Fijémonos en el valor del cultivo con fosfatos. Alcanza un valor de 0,25. Vayamos ahora a la gráfica del número de células y tendremos que se llega a un valor de unos 2'5 x 10⁸ células por mililitro. Observemos ahora que ocurre en presencia de arsénico. El valor de OD es de 0,15. Si hacemos una regla de tres, a ese valor le debería corresponder un número de células de 1,5 x 10⁸ células por mililitro. Sin embargo en la gráfica B observamos que el valor es más bien de 1,5 x 10⁷, es decir, diez veces menor de lo esperado.

Curvas de crecimiento de GFAJ-1 en diferentes condiciones de cultivo. En A se representa la densidad óptica y en B el número de células de los cultivos en presencia de fosfato (línea contínua y círculos negros), arsenato (línea discontinua y cuadrados negros) y sin fosfato ni arsenato (línea continua y triángulos blancos). La explicación de las microfotografías C, D y E se puede leer en la anterior entrada de este blog. (Fuente: Wolfe-Simons et al.)

2.- Puede haber suficiente fósforo en el medio.
Los autores admiten que no pueden evitar una presencia residual de fosfato de 3 μM. Rosie Redfield hace unos sencillos cálculos y encuentra que en cada mililitro debe de haber 1.9 x 10¹⁵ átomos de fósforo. Asume que las células tienen un genoma de 5 MB (es es un genoma muy grande) y que esa cantidad de DNA requiere la mitad de fósforo de la célula. La otra mitad sería para el RNA y otras moléculas (en mi opinión requiere al menos 3 veces más para hacer los fosfolípidos de la membrana interna y de la externa). Si sus cálculos son correctos, una célula necesitaría 2 x 10⁷ átomos (asumamos 8 ⁷ contando fosfolípidos). Entonces si dividimos encontraríamos que en un sólo mililitro hay fósforo suficiente para mantener a 9,5 x 10⁷ células (2,3 x 10⁷ con fosfolípidos). Como en la gráfica B observamos que en el máximo de crecimiento con arsénico hay 1,5 x 10⁷ células por mililitro entonces tenemos que las células podrían haber crecido sin necesitar el arsénico (incluso contando los fosofolípidos).

Además, como bien apunta César en los comentarios, no se puede descartar que las bacterias puedan tomar el fósforo de las que mueren. Reciclar a los muertos cuando el cultivo se encuentra en fase estacionaria es algo que se ha estudiado en E. coli, y no sería nada raro encontrarlo en un microorganismo que vive en un ambiente tan oligotrófico.

3.- ¿Cuánto fósforo se necesita para vivir?
Los autores afirman que una bacteria heterotrófica presenta en su composición entre un 1 a un 3% de fósforo en el total del peso seco. Pero ese dato se refiere a E. coli creciendo en un medio rico. La cepa GFAJ-1 presenta un 0,02% de fósforo cuando es crecida en arsénico y un 0,5% cuando se crece en presencia de fósforo. Además, la concentración ha sido calculada en base al peso de la célula, y las crecidas en arsénico contienen gránulos de PHB (posiblemente) así que es probable que la proporción sea mayor.

4.- Para demostrar la incorporación de fósforo a las biomoléculas han utilizado una combinación de técnicas low-tech para preparar el material y high-tech para identificar los átomos
Esto se ve claramente en el apartado que trata de demostrar que el DNA de las células crecidas en arsénico lleva átomos de dicho elemento en su composición. La extracción del DNA se realiza se realiza a partir de la banda de un gel de agarosa. Luego miden la relación del arsénico respecto del carbono total.

Hay que tener en cuenta que en un DNA normal hay un átomo de fósforo por cada diez de carbono (razón 1:10). Cuando realizan el estudio obtienen que en una bacteria crecida en fósforo la razón es de 6.9 x 10^-6. Eso quiere decir que en un genoma de 2 Mb habría unos 200 átomos de arsénico y 4 millones de átomos de fósforo. Cuando se mira la razón en células crecidas en arsénico esta es de 1.34 x 10^-5, es decir que habría 400 átomos de arsénico. El resto deben de ser de fósforo.

Sobre los datos del sincrotrón, la autora reconoce que esa técnica le supera, pero no ve como puede distinguir entre el arsénico que está en el medio de cultivo y el que está integrado en las moléculas.

Hasta aquí el resumen. Hay muchas más cosas, pero creo que con lo indicado aquí basta para poner el artículo en cuarentena y esperar que se confirme.

Y para terminar la anécdota. El nombre de GFAJ-1 es el acrónimo de Give Felisa A Job. Felisa es el nombre de la primera autora del artículo y al parecer es porque estuvo bastante tiempo pidiendo una beca para investigar.


ACTUALIZACION: Rosie Redfield ha colgado en su blog la carta que va a mandar a Science. Añade un punto más. El DNA lo analizan sin extraerlo del gel de agarosa con lo que la proporción de Carbono es errónea porque se mide la del DNA y la del gel.

Wolfe-Simon, F., Blum, J., Kulp, T., Gordon, G., Hoeft, S., Pett-Ridge, J., Stolz, J., Webb, S., Weber, P., Davies, P., Anbar, A., & Oremland, R. (2010). A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus Science DOI: 10.1126/science.1197258