Faktai apie žalią fluorescencinį baltymą
Fernanas Federici / Getty Images
Žalias fluorescencinis baltymas (GFP) yra a baltymas kuris natūraliai atsiranda medūza Lygi pergalė . Išgrynintas baltymas atrodo geltonas esant įprastam apšvietimui, bet šviečia ryškiai žaliai saulės šviesoje arba ultravioletinėje šviesoje. Baltymai sugeria energingą mėlyną ir ultravioletinę šviesą ir skleidžia ją kaip žemesnės energijos žalią šviesą per fluorescenciją . Baltymas naudojamas molekulinėje ir ląstelių biologijoje kaip žymeklis. Kai jis įtraukiamas į genetinį ląstelių ir organizmų kodą, jis yra paveldimas. Dėl to baltymas buvo ne tik naudingas mokslui, bet ir įdomus kuriant transgeninius organizmus, tokius kaip fluorescencinės naminės žuvys.
Žaliojo fluorescencinio baltymo atradimas
Mėtų vaizdai – Fransas Lantingas / Getty Images
Krištolinė medūza, Lygi pergalė , yra abu bioliuminescencinis (šviečia tamsoje) ir fluorescencinis (švyti kaip atsakas į ultravioletinė šviesa ). Mažuose foto organuose, esančiuose ant medūzos skėčio, yra liuminescencinio baltymo aequorin, kuris katalizuoja reakciją su luciferinu, kad išskirtų šviesą. Kai aequorin sąveikauja su Ca2+jonų, susidaro mėlynas švytėjimas. Mėlyna šviesa tiekia energiją, kad GFP švytėtų žaliai.
Osamu Shimomura atliko bioliuminescencijos tyrimus a.pergalė septintajame dešimtmetyje. Jis buvo pirmasis asmuo, kuris išskyrė GFP ir nustatė baltymo dalį, atsakingą už fluorescenciją. Shimomura nukirpo švytinčius žiedus milijonas medūzų ir išspaudė jas per marlę, kad gautų medžiagą savo studijoms. Nors jo atradimai padėjo geriau suprasti bioliuminescenciją ir fluorescenciją, šį laukinio tipo žalią fluorescencinį baltymą (GFP) buvo per sunku gauti, kad jį būtų galima pritaikyti praktiškai. 1994 m. GFP buvo klonuoti , todėl jį galima naudoti laboratorijose visame pasaulyje. Tyrėjai rado būdų, kaip pagerinti pradinį baltymą, kad jis švytėtų kitomis spalvomis, šviestų ryškiau ir specifiniais būdais sąveikautų su biologinėmis medžiagomis. Didžiulis baltymų poveikis mokslui paskatino 2008 m. Nobelio chemijos premiją, kurią gavo Osamu Shimomura, Marty Chalfie ir Roger Tsien už „žaliojo fluorescencinio baltymo GFP atradimą ir kūrimą“.
Kodėl GFP yra svarbus
dra_schwartz / Getty Images
Niekas iš tikrųjų nežino bioliuminescencijos ar fluorescencijos funkcijos kristaliniame želė. 2008 m. Nobelio chemijos premiją pasidalijęs amerikiečių biochemikas Rogeris Tsienas spėjo, kad medūza gali pakeisti savo bioliuminescencijos spalvą dėl slėgio pokyčio keičiant gylį. Tačiau medūzų populiacija Friday Harbor mieste, Vašingtone, patyrė kolapsą, todėl buvo sunku ištirti gyvūną jo natūralioje buveinėje.
Nors fluorescencijos svarba medūzoms yra neaiški, baltymų poveikis moksliniams tyrimams yra stulbinantis. Mažos fluorescencinės molekulės yra linkusios būti toksiškos gyvoms ląstelėms ir neigiamai veikiamos vandens, ribodamos jų naudojimą. Kita vertus, GFP gali būti naudojamas norint pamatyti ir sekti baltymus gyvose ląstelėse. Tai daroma prisijungus prie genas GFP į baltymo geną. Kai baltymas gaminamas ląstelėje, prie jo pritvirtinamas fluorescencinis žymeklis. Šviečiant ląstelę, baltymas švyti. Fluorescencinė mikroskopija naudojamas gyvoms ląstelėms ar tarpląsteliniams procesams stebėti, fotografuoti ir filmuoti, jiems netrukdant. Ši technika padeda sekti virusą ar bakterijas, kai jie užkrečia ląstelę, arba paženklinti ir sekti vėžio ląsteles. Trumpai tariant, GFP klonavimas ir tobulinimas leido mokslininkams ištirti mikroskopinį gyvąjį pasaulį.
Patobulinus GFP, jis tapo naudingas kaip biojutiklis. Modifikuoti baltymai veikia kaip molekulinės mašinos, kurios reaguoja į pokyčius pH arba jonų koncentracija arba signalas, kai baltymai jungiasi vienas su kitu. Baltymas gali signalizuoti, ar jis fluorescuoja, ar gali skleisti tam tikras spalvas, priklausomai nuo sąlygų.
Ne tik mokslui
www.glofish.com
Moksliniai eksperimentai nėra vienintelis žalio fluorescencinio baltymo panaudojimas. Menininkas Julianas Voss-Andreae kuria baltymines skulptūras pagal statinės formos GFP struktūrą. Laboratorijos įtraukė GFP į įvairių gyvūnų genomą, kai kurie naudojami kaip augintiniai. „Yorktown Technologies“ tapo pirmąja įmone, parduodančia fluorescencines zebražuves „GloFish“. Ryškių spalvų žuvys iš pradžių buvo sukurtos vandens taršai stebėti. Kiti fluorescenciniai gyvūnai yra pelės, kiaulės, šunys ir katės. Taip pat yra fluorescencinių augalų ir grybų.