Fakty dotyczące zielonego białka fluorescencyjnego

Fernan Federici/Getty Images

Zielone białko fluorescencyjne (GFP) to białko który występuje naturalnie w Meduza Równe zwycięstwo . Oczyszczone białko wydaje się żółte w zwykłym oświetleniu, ale świeci jasnozielono w świetle słonecznym lub ultrafioletowym. Białko pochłania energetyczne światło niebieskie i ultrafioletowe i emituje je jako światło zielone o niższej energii poprzez fluorescencję . Białko jest wykorzystywane w biologii molekularnej i komórkowej jako marker. Gdy zostanie wprowadzony do kodu genetycznego komórek i organizmów, jest dziedziczny. To sprawiło, że białko stało się przydatne nie tylko dla nauki, ale także do tworzenia organizmów transgenicznych, takich jak fluorescencyjne ryby domowe.

Odkrycie zielonego białka fluorescencyjnego

Mint Images - Frans Lanting / Getty Images

Kryształowa meduza, Równe zwycięstwo , jest zarówno bioluminescencyjny (świeci w ciemności) i fluorescencyjny (poświata w odpowiedzi na światło ultrafioletowe ). Małe fotoorgany znajdujące się na parasolce meduzy zawierają luminescencyjne białko ekworynę, które katalizuje reakcję z lucyferyną w celu uwolnienia światła. Kiedy ekworyna wchodzi w interakcję z Ca²⁺jony wytwarzana jest niebieska poświata. Niebieskie światło dostarcza energię, aby GFP świeciło na zielono.

Osamu Shimomura przeprowadził badania nad bioluminescencją zwycięstwo w 1960 roku. Był pierwszą osobą, która wyizolowała GFP i określiła część białka odpowiedzialnego za fluorescencję. Shimomura odciął świecące pierścienie milion meduzy i przecisnął je przez gazę, aby uzyskać materiał do jego badań. Chociaż jego odkrycia doprowadziły do ​​lepszego zrozumienia bioluminescencji i fluorescencji, to białko zielonej fluorescencji (GFP) typu dzikiego było zbyt trudne do uzyskania, aby mieć wiele praktycznych zastosowań. W 1994 roku GFP było sklonowany , dzięki czemu jest dostępny do użytku w laboratoriach na całym świecie. Naukowcy znaleźli sposoby na ulepszenie oryginalnego białka, aby świeciło w innych kolorach, świeciło jaśniej i oddziaływało w określony sposób z materiałami biologicznymi. Ogromny wpływ tego białka na naukę doprowadził do przyznania w 2008 r. Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, przyznanej Osamu Shimomura, Marty Chalfie i Rogerowi Tsien za 'odkrycie i rozwój zielonego białka fluorescencyjnego, GFP'.

Dlaczego GFP jest ważne

dra_schwartz / Getty Images

Nikt tak naprawdę nie zna funkcji bioluminescencji lub fluorescencji w krystalicznej galarecie. Roger Tsien, amerykański biochemik, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2008 roku, spekulował, że meduza może zmienić kolor swojej bioluminescencji w wyniku zmiany ciśnienia zmieniającej jej głębokość. Jednak populacja meduz w Friday Harbor w stanie Waszyngton uległa załamaniu, co utrudnia badanie zwierzęcia w jego naturalnym środowisku.

Chociaż znaczenie fluorescencji dla meduz jest niejasne, wpływ białka na badania naukowe jest oszałamiający. Małe cząsteczki fluorescencyjne są zwykle toksyczne dla żywych komórek i negatywnie wpływają na wodę, co ogranicza ich wykorzystanie. Z drugiej strony GFP może być używany do obserwacji i śledzenia białek w żywych komórkach. Odbywa się to poprzez dołączenie do gen dla GFP do genu białka. Kiedy białko powstaje w komórce, dołącza się do niego marker fluorescencyjny. Oświetlanie komórki światłem sprawia, że ​​białko świeci. Mikroskopia fluorescencyjna służy do obserwowania, fotografowania i filmowania żywych komórek lub procesów wewnątrzkomórkowych bez ingerencji w nie. Technika ta służy do śledzenia wirusa lub bakterii, które infekują komórkę, lub znakowania i śledzenia komórek rakowych. Krótko mówiąc, klonowanie i uszlachetnianie GFP umożliwiło naukowcom zbadanie mikroskopijnego żywego świata.

Ulepszenia w GFP sprawiły, że jest on użyteczny jako bioczujnik. Zmodyfikowane białka działają jak maszyny molekularne, które reagują na zmiany w pH lub stężenie jonów lub sygnał, kiedy białka wiążą się ze sobą. Białko może sygnalizować wyłączenie/włączenie przez to, czy fluoryzuje lub może emitować określone kolory w zależności od warunków.

Nie tylko dla nauki

www.glofish.com

Eksperymenty naukowe nie są jedynym zastosowaniem zielonego białka fluorescencyjnego. Artysta Julian Voss-Andreae tworzy rzeźby białkowe oparte na beczkowatej strukturze GFP. Laboratoria włączyły GFP do genomu różnych zwierząt, niektóre do użytku jako zwierzęta domowe. Yorktown Technologies stała się pierwszą firmą, która wprowadziła na rynek fluorescencyjny danio pręgowany o nazwie GloFish. Żywo ubarwione ryby zostały pierwotnie opracowane do śledzenia zanieczyszczenia wody. Inne zwierzęta fluorescencyjne to myszy, świnie, psy i koty. Dostępne są również rośliny i grzyby fluorescencyjne.