GFAJ-1

Cette souche bactérienne a été découverte par la géomicrobiologiste Felisa Wolfe-Simon, une biologiste de la NASA travaillant à l’Institut d'études géologiques des États-Unis à Menlo Park, en Californie. Elle a été isolée en 2009 à partir des sédiments que Wolfe-Simon et ses collègues avaient recueillis sur les rives du lac Mono. Ce lac est très salé (presque trois fois plus que l'océan), très alcalin, et l'un des sites les plus concentrés en arsenic au monde (0,2 mmol L⁻¹).

La bactérie GFAJ-1 fait partie du genre Halomonas. Ces bactéries sont halophiles, et tolérent des concentrations élevées en arsenic.

La découverte de cette souche est annoncée le 2 décembre 2010, lors d'une conférence de presse de la NASA^[1], qui a financé la recherche, simultanément à la publication en ligne par le prestigieux journal Science de l'article scientifique décrivant les résultats^[2],[3].

Ion arséniate.  Ion phosphate.

Quelques jours avant la conférence de presse, le 29 novembre 2010, la NASA avait annoncé « une découverte en astrobiologie qui aura un impact sur la recherche de preuves de vie extraterrestre », entrainant d'intenses spéculations dans la presse généraliste^[4] et sur les réseaux sociaux naissants^[5],[6]. Le lien avec une vie extraterrestre n'était pas fait dans l'article publié le 2 décembre : les chercheurs n'y annoncent que la découverte d'un organisme terrestre qui se comporte différemment de tous les autres^[5], mais pendant la conférence de presse, la première autrice de l'article, Felisa Wolfe-Simon, explique que ces résultats ont « ouvert la porte à ce qui est possible pour la vie ailleurs dans l'univers. Et c'est profond » ^[7]. Dans un communiqué suivant la publication, la NASA estime que cette découverte « élargit notre réflexion sur la possibilité d'une vie sur d'autres planètes et nous oblige à réécrire les manuels de biologie »^[8]. La NASA retransmet sa conférence de presse en direct^[1], et la découverte est diffusée sur le tout nouveau réseau social Twitter avec le hashtag #arseniclife, qui sera ensuite utilisé pour relayer les critiques du travail^[9],[6]. Dans son propre communiqué de presse, la revue Science pose la question : « Pouvez-vous imaginer manger des déchets toxiques au petit-déjeuner ? » ^[10],[11].

La souche GFAJ-1 a été isolée sur les rives du lac Mono, et mise en culture dans un milieu enrichi en arsenic sous la forme d'ion arséniate, jusqu'à 5 mmol l⁻¹. Des dilutions successives ont permis de diminuer la présence de phosphore, jusqu'à une concentration résiduelle de 3,1 μmol l^−1[2].

Cette culture a été utilisée pour inoculer un milieu solide et sélectionner un clone d'une souche pure, baptisée GFAJ-1, et identifiée par séquençage du gène codant l'ARN ribosomique 16S. L'analyse phylogénétique de cette séquence indique que cette bactérie appartient à la famille des Halomonadaceae, et probablement au genre Halomonas^[2].

Lorsqu'elle est cultivée dans un milieu contenant de l'arséniate mais fortement carencé en phosphate, GFAJ-1 croît encore, mais à une vitesse de 40 % inférieure à celle observée quand le milieu contient du phosphate et pas d'arsenic^[2].

Pour analyser la spéciation de l'arsenic dans la bactérie cultivée sur milieu pauvre en phosphore, les chercheurs utilisent de l'arséniate ⁷³AsO₄^3– contenant un isotope de l'arsenic, dont la radioactivité permet de le détecter dans les différentes fractions cellulaires. Ils concluent qu'une fraction de l'arsenic intracellulaire est incorporée dans les acides nucléiques, les protéines et les lipides^[12]. Des résultats d'analyse EXAFS montrent la présence d'arsenic au degré d'oxydation V, et une coordinence de l'arsenic similaire à celle du phosphore dans l'ion phosphate^[2].

Les auteurs concluent leur article en résumant qu'ils ont « découvert une bactérie inhabituelle qui peut modifier la composition élémentaire de ses biomolécules en remplaçant le phosphore par l'arsenic »^[2].

Des liaisons phosphodiester (PO4-) relient entre eux les nucléotides des acide nucléique, en particulier l'ADN, et en constituent la colonne vertébrale.  Présence de phosphore dans la structure d'un lipide de type phosphatidylcholine.  Le phosphore n'est pas un constituant des acides aminés qui sont assemblés pour former les protéines, mais certains acides aminés (ici une sérine) peuvent être phosphorylés (en).

Présence de phosphore dans la structure des acides nucléiques, des lipides et des protéines.

La mise en ligne de l'article déclenche une tempête dans la communauté scientifiques^{[13],[14],[15]}, de nombreux biologistes mettant en doute les conclusions^{[16],[17],[18]}.

De sévères critiques sont publiées dès début 2011 dans la presse scientifique traditionnelle : les auteurs décrivent les faiblesses méthodologiques^[19] et expliquent l'impossibilité chimique d'un ADN à base d'arsenic : les liaisons chimiques impliquant des atomes liés à l'arsenic (en particulier les esters d'arséniate, qui seraient nécessaires à la formation d'un ADN basé sur l'arsenic) sont instables en milieux aqueux, à l'inverse des molécules analogues basées sur le phosphore^{[20],[21],[22]}. Le parallèle est fait avec les précédents scandales scientifiques liés à la publication dans des revues prestigieuses des résultats fantaisistes d'Uri Geller (psychokinèse), Jacques Benveniste (mémoire de l'eau) ou Martin Fleischmann et Stanley Pons (fusion froide)^[19].

Les éditeurs de Science sont inondés de commentaires sur les problèmes soulevés par l'article. En conséquence, et de façon inhabituelle, ils repoussent la publication de l'article dans sa version imprimée. Il ne parait que le 3 juin 2011, accompagné de huit articles critiquant les résultats (des « commentaires »), de la réponse des auteurs et d'une note du rédacteur en chef Bruce Alberts^[23]. Les commentaires insistent sur des faiblesses méthodologiques (absence d'expériences de contrôle importantes, problèmes potentiels de contamination), mais expliquent aussi en quoi l'hypothèse du remplacement du phosphate par l'arséniate est impossible compte tenu de ce que l'on sait de la réactivité de ces molécules.

Les commentaires notent que les auteurs n'ont pas démontré que l'arsenic est effectivement incorporé dans le squelette de l'ADN (cela aurait pu être prouvé par une analyse par spectrométrie de masse de l'ADN purifié^[24]), ni qu'il est utilisé par la bactérie en remplacement du phosphore pour d'autres métabolismes. Les traces infimes de phosphore toujours présent dans les milieux de culture suffiraient pour fournir la quantité nécessaire à la synthèse de l'ADN permettant la croissance^[21]. Les concentrations résiduelles de phosphore présent dans les milieux de croissance prétendument carencés ne sont en fait pas très différentes de celles qui permettent la croissance d'autres bactéries^[25],[26]. Un commentaire technique note également que l'ADN n'avait pas été suffisamment purifié avant l'acquisition des données suggérant la présence d'arsenic^[27]. Une autre objection est que le cytoplasme des cellules est un milieu réducteur dans lequel on s'attend à ce que les ions arséniate soient réduits en arsénite, alors que dans les mêmes conditions physiologiques, le phosphate n'est par contre pas réduit en phosphite ; l'ADN « arsénié » ne pourrait donc pas être synthétisé par la bactérie, faute d'arséniate intracellulaire pour se substituer au phosphate^[28],[29].

Des microbiologistes notent que très souvent lorsque de nouveaux organismes extrémophiles ont été identifiés, il a été immédiatement suggéré que les conditions correspondantes pourraient refléter les origines de la vie, ce qui s'est révélé à chaque fois faux^[28]. Ils estiment que de la même manière, les résultats publiés dans Science illustrent simplement la façon dont la vie peut s'adapter à des conditions extrêmes, sans démontrer qu'elle a pu émerger à partir d'éléments différents de ceux qui sont considérés comme canoniques^[28].

Le journaliste scientifique de USA Today Dan Vergano obtient en 2013 de la NASA, en arguant de la loi américaine d'accès à l'information, les documents clés concernant l'évaluation de l'article : les trois rapports d'expertise, la correspondance de l'éditeur et les réponses des auteurs aux critiques des évaluateurs. Vergano révèle en février 2013 que les évaluateurs, qui ont rendu des rapports très enthousiastes^[30], ne disposaient majoritairement pas des compétences nécessaires, et que des résultats et des auteurs ont été ajoutés après leur évaluation^[31]. Il est possible que les éditeurs aient été influencés par le soutien financier considérable apporté à cette recherche par la NASA^[32].

Le nom de la bactérie, GFAJ, est le sigle de Give Felisa A Job (littéralement, « donne un travail à Felisa »)^[33]. Il fait référence à la situation professionnelle précaire de la première autrice de l'article, Felisa Wolfe-Simon^[34]. Celle-ci gagne immédiatement une grande notoriété. Le magazine Time l'inclut en avril 2011 parmi les 100 personnalités de l’année^[35]. Elle énonce dans le magazine Glamour ses « quatre lois pour amener les gens à croire en vous »^[18] et donne une conférence TED^[36],[5]. Dans une interview, à la remarque selon laquelle il faudra prendre en compte sa découverte pour réécrire les manuels de biochimie, mais seulement certains paragraphes, elle répond « donnez-moi un peu de temps, je suis au début de ma carrière »^[5].

Mais après que la polémique enfle, elle est congédiée de l'Institut d'études géologiques des États-Unis et fait l'objet de vives attaques personnelles et de harcèlement sur les réseaux sociaux^{[5],[37],[38]}. Un chercheur demande si Wolfe-Simon et son équipe étaient de « mauvais scientifiques ». Un autre qualifie ses travaux de « science-fiction »^[37]. Un article de blog de Rosemary Redfield, une biologiste très critique des résultats dès la première heure, est intitulé « Felisa Wolfe-Simon est-elle une extraterrestre ? »^{[37],[39],[note 1]}.

Le traitement particulièrement sévère qui a été réservé à Felisa Wolfe-Simon pendant le début d'une polémique qui aurait pu rester scientifique interroge. Certains observateurs ont estimé qu'il lui avait été valu par le fait d'être une femme scientifique à un stade précoce de sa carrière. Elle dit d'elle-même « Je suis petite. Je suis enthousiaste. Je présente mes travaux scientifiques comme si j'étais un homme »^[5]. Il lui a été reproché de défendre ses hypothèses contre l'avis de la communauté scientifique, mais la même attitude n'avait pas disqualifié certains de ses collègues masculins : David S. McKay (en) par exemple^[5],[7], a continué sa carrière après avoir publié en 1996 — quand le harcèlement en ligne n'existe pas encore — un article annonçant faussement la découverte d'une météorite martienne, baptisée ALH 84001, portant de prétendus fossiles de microbes preuves d'une vie extraterrestre^[40] : l'information avait également été publiée dans Science^[41], annoncée à la télévision par Bill Clinton^[42], et finalement rejetée par la communauté scientifique^[43], sans que l'article ne soit rétracté. Cette annonce avait permis à l'agence de renouveler son budget pour l'exploration spatiale^[44].

Après la publication initiale, les auteurs mettent la souche bactérienne à disposition de la communauté scientifique, pour qu'elle tente de reproduire les résultats^[45].

La biologiste Rosemary Redfield^[46], très critique des résultats dès leur publication^[17],[47], documente sur son blog^[48] ses essais infructueux de réplication des résultats des chercheurs de la NASA, et réfute finalement leurs conclusions^[49]. Dès ce moment, les conclusions de l'article sont déjà invalidées, l'évaluation par les pairs sur les réseaux sociaux et sur des forums (la post-publication peer review) ayant mieux fonctionné que la méthode traditionnelle de l'évaluation confidentielle par les pairs et pour l'éditeur^[6],[9].

En juillet 2012, Science publie les articles de deux groupes de recherche indépendants qui réfutent les résultats de Wolfe-Simon. L'un d'eux est écrit par Rosemary Redfield, bien que la publication antérieure de ses résultats sur son blog viole l'embargo normalement imposé par le journal^[9]. Les deux articles montrent que la bactérie survit en présence d'arséniate mais ne l'utilise pas à la place du phosphate^[50],[51]. Ils démontrent que la bactérie ne peut croitre qu'en présence de phosphate, que cette croissance n'est pas stimulée par l'ajout d'arséniate, et que l'incorporation d'arsenic dans l'ADN n'est ni spécifique ni significative : lorsque la bactérie est cultivée en présence d'arsenic, l'analyse par spectrométrie de masse de son ADN montre qu'il ne comporte pas d'arsenic^[32].

Les résultats initiaux s'expliquent donc simplement par la contamination du milieu de culture riche en arséniate par des traces de phosphate. Ainsi, la bactérie GFAJ-1 ne peut pas remplacer le phosphate par l'arsenic, mais peut simplement tolérer des concentrations élevées de ce poison tout en utilisant efficacement le phosphate. C'est le cas aussi de certains eucaryotes (nématodes) qui vivent sur le lac Mono^[52]. En octobre 2012, un article publié dans Nature décrit le mécanisme moléculaire qui permet aux bactéries (notamment GFAJ-1) de faire la distinction entre les molécules presque identiques de phosphate et d'arséniate, pour utiliser l'une tout en se protégeant de l'autre^[53],[54].

La controverse est selon le biologiste français Philippe Marlière la preuve que « l'évaluation des manuscrits par les pairs ne garantit plus la qualité ni l'intérêt des publications dans les revues de haut niveau »^[32]. Elle est considérée comme un cas d'école sur le rôle des réseaux sociaux dans l'évaluation informelle par les pairs après publication^[55], étant l'un des premiers cas où la communauté scientifique a examiné ouvertement un article très médiatisé et influence l'opinion publique à son sujet^[6]. Wolfe-Simon a tenté de s'y opposer : à un journaliste de Slate, elle écrit que ce n'est « pas la manière appropriée d'engager un débat scientifique et [que les auteurs n'y répondront] pas de cette manière » ^[9]. Une éditrice de The Atlantic estime au contraire que dans cette affaire, les méthodes d'engagement habituelles et prétendument « appropriées » ont généré un battage médiatique mal informé, une science de mauvaise qualité et ont tenu les sources à l'écart d'un public pourtant animé d'un enthousiasme et d'une curiosité sincères^[9]. Un scientifique estime également que « les tensions entre scientifiques sont des expressions parfaitement saines de la réalité humaine de la science – mais une conférence de presse de la NASA n'était peut-être pas le cadre idéal. À l'avenir, la NASA ferait mieux de laisser le processus se dérouler avant de demander la réécriture des manuels de biologie »^[9],[56]. La controverse a été utilisée comme exercice d'apprentissage de la présentation, de l'évaluation et de la discussion de discours scientifiques^[7],[57].

L'article est rétracté en 2025, quinze ans après sa publication, sans l'accord des auteurs^[40],[58].

Le rédacteur en chef de la revue Science, Holden Thorp (en), justifie le délai en expliquant qu'ils ont longtemps réservé les rétractations aux cas de fraude scientifique, et seulement récemment élargi les critères ; il écrit qu'une rétractation est désormais appropriée « si les rédacteurs déterminent que les expériences rapportées dans un article ne corroborent pas ses conclusions principales », ce qui est le cas pour cet article^[59]. La revue Science assume la responsabilité des erreurs commises lors de l'évaluation initiale des résultats par les pairs et des décisions éditoriales concernant cet article^[60].

Les auteurs de l'article, sauf un, signent une lettre dans laquelle ils maintiennent leurs données et affirment que la rétractation n'est pas justifiée, Science ayant selon eux outrepassé les consignes du comité sur l'éthique de la publication^[61]. L'un des auteurs rappelle qu'il n'y a aucune erreur dans les données présentées dans l'article, et que même si elles auraient pu être interprétées différemment, « on ne retire pas un article en raison d'un désaccord sur l'interprétation des données » ; si c'était le cas, selon lui, la moitié de la littérature scientifique serait concernée^[59]. Mais en fait, il arrive fréquemment à Science de rétracter des articles qui sont simplement entachés d'erreurs^[62]. Les auteurs estiment également avoir réfuté les critiques dès 2011 dans leur réponse aux commentaires techniques : « si les rédacteurs de Science ont des raisons de conclure que [cette réponse] n'était pas valide, ils devraient alors expliquer pourquoi [mais] Science se comporte d'une manière déraisonnable »^[59].

Les représentants de la NASA, l'agence qui a financé les travaux originaux et dont le renouvellement du budget est assuré par ses annonces régulières de découverte de vie extraterrestre^{[32],[63],[64]}, expriment également leur déception^[60].

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