Fakty o zelenom fluorescenčnom proteíne
Fernan Federici/Getty Images
Zelený fluorescenčný proteín (GFP) je a bielkoviny ktorý sa prirodzene vyskytuje v medúza Vyrovnané víťazstvo . Purifikovaný proteín sa javí pri bežnom osvetlení žltý, ale pod slnečným svetlom alebo ultrafialovým svetlom svieti jasne zeleno. Proteín absorbuje energetické modré a ultrafialové svetlo a vyžaruje ho ako zelené svetlo s nižšou energiou prostredníctvom fluorescencie . Proteín sa používa v molekulárnej a bunkovej biológii ako marker. Keď je zavedený do genetického kódu buniek a organizmov, je dedičný. Vďaka tomu je proteín užitočný nielen pre vedu, ale je zaujímavý aj pri výrobe transgénnych organizmov, ako sú fluorescenčné domáce ryby.
Objav zeleného fluorescenčného proteínu
Mint Images - Frans Lanting / Getty Images
Krištáľová medúza, Vyrovnané víťazstvo , je oboje bioluminiscenčné (svieti v tme) a fluorescenčné (žiara v reakcii na ultrafialové svetlo ). Malé fotoorgány umiestnené na dáždniku medúzy obsahujú luminiscenčný proteín ekvorín, ktorý katalyzuje reakciu s luciferínom za uvoľnenia svetla. Keď ekvorín interaguje s Ca2+iónov, vzniká modrá žiara. Modré svetlo dodáva energiu, aby GFP svietila na zeleno.
Osamu Shimomura uskutočnil výskum bioluminiscencie a.víťazstvo v 60. rokoch 20. storočia. Bol prvým človekom, ktorý izoloval GFP a určil časť proteínu zodpovednú za fluorescenciu. Shimomura odrezal žiariace krúžky milión medúzy a pretlačil ich cez gázu, aby získal materiál pre svoju štúdiu. Zatiaľ čo jeho objavy viedli k lepšiemu pochopeniu bioluminiscencie a fluorescencie, tento zelený fluorescenčný proteín divokého typu (GFP) bolo príliš ťažké získať na to, aby mal veľa praktických aplikácií. V roku 1994 bol GFP klonované , vďaka čomu je dostupný pre použitie v laboratóriách po celom svete. Výskumníci našli spôsoby, ako zlepšiť pôvodný proteín, aby žiaril inými farbami, žiaril jasnejšie a interagoval špecifickým spôsobom s biologickými materiálmi. Obrovský vplyv proteínu na vedu viedol k udeleniu Nobelovej ceny za chémiu v roku 2008, ktorú udelili Osamu Shimomura, Marty Chalfie a Roger Tsien za „objav a vývoj zeleného fluorescenčného proteínu GFP“.
Prečo je GFP dôležitý
dra_schwartz / Getty Images
Nikto v skutočnosti nepozná funkciu bioluminiscencie alebo fluorescencie v kryštálovom želé. Roger Tsien, americký biochemik, ktorý v roku 2008 získal Nobelovu cenu za chémiu, špekuloval, že medúza by mohla byť schopná zmeniť farbu svojej bioluminiscencie v dôsledku zmeny tlaku pri zmene hĺbky. Populácia medúzy v Friday Harbor vo Washingtone však utrpela kolaps, čo sťažilo štúdium zvieraťa v jeho prirodzenom prostredí.
Zatiaľ čo význam fluorescencie pre medúzy nie je jasný, účinok proteínu na vedecký výskum je ohromujúci. Malé fluorescenčné molekuly majú tendenciu byť toxické pre živé bunky a negatívne ovplyvňované vodou, čo obmedzuje ich použitie. GFP, na druhej strane, možno použiť na zobrazenie a sledovanie proteínov v živých bunkách. To sa vykonáva pripojením k gén pre GFP na gén proteínu. Keď sa proteín vytvára v bunke, fluorescenčný marker sa k nemu pripojí. Svetlo na bunku spôsobí, že proteín žiari. Fluorescenčná mikroskopia sa používa na pozorovanie, fotografovanie a filmovanie živých buniek alebo vnútrobunkových procesov bez toho, aby do nich zasahoval. Táto technika funguje na sledovanie vírusu alebo baktérie pri infikovaní bunky alebo na označenie a sledovanie rakovinových buniek. Stručne povedané, klonovanie a rafinácia GFP umožnila vedcom preskúmať mikroskopický živý svet.
Vďaka vylepšeniam GFP je užitočný ako biosenzor. Modifikované proteíny pôsobia ako molekulárne stroje, ktoré reagujú na zmeny v pH alebo koncentrácia iónov alebo signál, keď sa proteíny na seba viažu. Proteín môže signalizovať vypnutie/zapnutie podľa toho, či fluoreskuje alebo môže vyžarovať určité farby v závislosti od podmienok.
Nielen pre vedu
www.glofish.com
Vedecké experimenty nie sú jediným využitím zeleného fluorescenčného proteínu. Umelec Julian Voss-Andreae vytvára proteínové sochy založené na štruktúre GFP v tvare suda. Laboratóriá začlenili GFP do genómu rôznych zvierat, niektoré na použitie ako domáce zvieratá. Yorktown Technologies sa stala prvou spoločnosťou, ktorá uviedla na trh fluorescenčné zebrafish s názvom GloFish. Živo sfarbené ryby boli pôvodne vyvinuté na sledovanie znečistenia vody. Ďalšie fluorescenčné zvieratá zahŕňajú myši, ošípané, psy a mačky. K dispozícii sú aj fluorescenčné rastliny a huby.