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为什么水母发光?

荧光蛋白有助于研究人员照亮人类细胞生物学。

在1961年的夏季晚上,生物化学师奥萨马·夏穆图拉接近另一个令人沮丧的一天结束了与水母一起使用的令人沮丧的一天......通过Emily Willesham

O.1961年夏季晚上,生物化学师奥萨马·夏穆图拉接近与水母一起使用的另一个令人沮丧的一天Aequorea victoria在华盛顿大学的星期五海港实验室。

几周,他一直在试图将导致的酶放在上面答:维多利亚,也称为晶体果冻,在干扰时发出生物发光发光。该酶,一种称为荧光素酶的组(Lucifer是指“轻挡板”),产生高度通电的分子,其迅速将其能量释放为光 - 但迄今为止,没有人能够将其与水母隔离。

健康的光芒:水母中的荧光蛋白Aequorea victoria(上图)帮助研究人员追踪癌细胞、神经元回路和病毒的活动。 维基百科

Shimomura有多年研究生物发光生物体的经验,他花了一个下午的时间测试,增加或减少他的样品的酸度是否会突出荧光素酶的存在。他的一些调整产生了微弱的光,但没有一个提供了他想要的焰火。工作结束后,他把剩下的工作扔进了附近的水槽。突然间出现了他后来所描述的“明亮的蓝色闪光”。某物使样品中的生物灯亮起来比下村所做的任何事情都要有效得多。

它没有长时间识别催化剂:水槽丢弃他的水晶果冻样品,含有附近坦克的海水排放,海水中的钙设置了废弃的材料抗污染。朝着他的研究动物的科学名称点头,Shimomura称为蛋白质Aequorin。

但是如果Aequorin产生了ShimoMura看到下午的蓝光,为什么当它被打扰时,为什么水晶果冻发光?也许,Shimomura推测,另一种蛋白质从蓝光吸收能量并使用它以产生绿光。一些进一步的实验证明了他的假设是正确的。Shimomura发现了绿色荧光蛋白或GFP。这次发现的可能影响是巨大的,但世界必须等待技术赶上并将这些可能性转化为现实。


一世N 20世纪80年代中期,哥伦比亚大学的生物化学家名为Martin Chalfie正在使用实验室蠕虫秀丽隐杆线虫试图孤立与特定神经细胞相关的基因,并确定蠕虫使用它们的位置。这是一种艰难,耗时的过程,涉及在生命的各个阶段中的固定或固定动物,然后探测基因表达的间接证据。

然后,一天下午,他碰巧出席了名为Paul Brehm的生物发光专家的讲座,他提到了ShimoMura在海洋果冻中发现了光活性发光的绿色蛋白质。Chalfie立即认识到GFP如何帮助他。自从C. Elegans.就像水晶果冻一样,基本上是透明的,将GFP插入他的蠕虫将使Chalfie将发光蛋白用作标记以显示使用特异性蛋白质。所有Chalfie所需的所有Chalfie都是GFP的遗传序列。

那个水槽里的东西已经在样品中设定了生物灯笼。

他了解到Douglas Prasher,伍兹奥海洋研究所的研究员当时正在努力克隆和测序GFP - 但在他们可以合作之前,Chalfie继续休假,研究人员失去了触感。几年后,荧光专业知识的化学工程研究生Ghia Euskirchen加入了Chalfie的团队,并很快通过PrAsher出现了一篇关于GFP的纸张。在Chalfie和Prasher重新连接后,Prasher沿着珍贵的DNA发送。

从那里,Chalfie的团队将第一个迈向在活细胞中使用GFP作为蛋白质示论。首先,他们得到了大肠杆菌使GFP在紫外线下发出绿色荧光,证明了这种分子可以成为独立的标记物。与此同时,在大陆的另一边,加州大学圣地亚哥分校的生化学家Roger Tsien正在调整GFP,以创造出能发出不同颜色荧光的版本,并提高GFP的亮度和稳定性,这使得它能更好地阐明与它配对的蛋白质在细胞和有机体中的位置。

然后,1994年,哥伦比亚教授蒂卢勒·榛子与Ch​​alfie结婚,成功将GFP的基因联系在一起,同时保留了两者的功能。这种融合构建体,榛子在果蝇中展示,已成为今天GFP在科学中最关键的应用之一。最后,由于Chalfie设想,GFP的绿色辉光可以随时随地伴随物体使用它的任何地方。

这项关于绿色荧光蛋白的工作被证明是如此重要,以至于查尔菲、下村和钱在2008年获得了诺贝尔化学奖。到那时,由于缺乏资金,普拉萨尔——第一个克隆绿色荧光蛋白的人——已经完全退出了科学研究。(当时他正在为阿拉巴马州的一家汽车经销商开礼宾班车。)后来他加入了钱存训的实验室,钱存训认为普拉舍对绿色fp的贡献是“不可替代的”。钱存训于2016年去世。


T.在GOUD老化研究所的Touro大学加利福尼亚州陀罗大学加利福尼亚州的Oday,Shankar Chinta和Manish Chamoli正在使用GFP来跟踪病情相关的蛋白质C. Elegans.和其他生物。当蛋白质开始聚集在一起时,他们就会在寻找;大脑中的这种聚集是帕金森,亨廷顿和其他与衰老相关疾病的标志。“我们选择了五个或六个基因,”夏洛利说:“在整个身体中表达的那些人,所以我们可以看到[蛋白质]聚集的变化如何变化。”据Chinta介绍,追踪蛋白质聚集的大声和有害物质将突出潜在疗法的目标。“一旦我们理解这些聚集体的基本生物学,”他说,“我们可以筛选实际上可以防止聚合的化合物。”

绿色荧光蛋白的应用并不局限于追踪与衰老相关的疾病。这种蛋白质还帮助科学家追踪癌细胞,用荧光彩虹色追踪复杂的神经元回路,并在病毒感染细胞时追踪它们。但最初让我们想到GFP的问题并不是“它能为我们做什么?”相反,人类的好奇心让我们简单地问:“它为什么会发光?”现在,回答了这个基本问题的分子帮助我们阐明了人类健康的秘密。


艾米莉·威林厄姆是一名记者,福布斯贡献者和生物学教授。她是塔拉哈尔的共同作者知情的父母:您孩子前四年的基于科学的资源

这个故事由此委托科学慈善联盟作为其科学对社会系列的一部分,阐述了基础科学研究的重要性。

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