Орлова Анна, 5 курс Сибирский федеральный университет Институт фундаментальной биологии и биотехнологии Красноярск

Нобелевской премией по химии за 2008 год награждены Осаму Симомура, Мартин Чалфи и Роджер Цянь «за открытие и разработку методов использования зеленого флуоресцентного белка». Этот белок широко применяется во всём мире для изучения физиологических процессов на клеточном и организменном уровне, а также экспрессии генов. Зелёный флуоресцентный белок2 Светящиеся зелёным фосфорическим светом медузы Aequorea victoria организм, в котором был открыт зелёный флуоресцентный белок.Aequorea victoria Фото с сайта

Осаму Симомура (Osamu Shimomura) из Лаборатории морской биологии в Вудс-Хоуле (Массачусетс) Осаму Симомура впервые выделил GFP у медуз, которые обитают в водах западного побережья Северной Америки. В течение 20 лет, начиная с 1967 года, он каждое лето выезжал в район Фрайди Харбор, штат Вашингтон, и собирал по 3 тысячи и более медуз в день. Зелёный флуоресцентный белок3 Фото с сайта

Мартин Чалфи (Martin Chalfie) из Колумбийского университета Работы Мартина Чалфи заложили основы широко применяемых в наши дни методов использования зеленого флуоресцентного белка. В 1994 году была опубликована статья Чалфи с соавторами, где сообщается об успешном внедрении этого белка в клетки кишечной палочки и почвенной нематоды (круглого червя) Caenorhabditis elegans и намечены возможные способы его использования в цитофизиологических и молекулярно- генетических исследованиях. Зелёный флуоресцентный белок4 Фото с сайта

Роджер Цянь (Roger Y. Tsien) из Калифорнийского университета в Сан-Диего Работы Роджера Цяня и его лаборатории позволили разобраться в механизме флуоресценции этого белка и выработать (производя мутации в кодирующем его гене) новые его разновидности, в частности светящиеся не зеленым, а другими цветами. Благодаря этому достижению теперь в распоряжении исследователей имеется большой набор разных маркеров, которые можно одновременно использовать для изучения процессов, происходящих с разными клетками или белками. Зелёный флуоресцентный белок5 Фото с сайта

Светящиеся медузы из рода Aequorea. Из таких медуз и был выделен зеленый флуоресцентный белок (GFP, green fluorescent protein), нашедший широчайшее применение в цитофизиологических, биохимических и генетических исследованиях во всём мире. Фотография сделана первооткрывателем зеленого флуоресцентного белка Нобелевским лауреатом по химии 2008 года Осаму Симомурой. С сайта Лаборатории морской биологии ( Зелёный флуоресцентный белок6

Мартин Чалфи и его коллеги разработали методы, позволяющие использовать зеленый флуоресцентный белок для исследования экспрессии генов, внедряя его в клетки лабораторных модельных объектов кишечной палочки (Escherichia coli) и почвенной нематоды Caenorhabditis elegans. На фото показана личинка нематоды C. elegans. ALMR и PLMR два рецепторных нейрона, ответственные за тактильную чувствительность. Тела нейронов выглядят как яркие светящиеся точки, а их аксоны как отходящие от них бледные линии. Треугольники указывают на гомологичные клетки, расположенные на другой стороне тела червя (они светятся не так ярко, потому что не в фокусе). Толстая стрелка указывает на ветвь нервного кольца, связанную с нейроном ALMR, а тонкие стрелки на слабо светящиеся тела других нейронов. В настоящее время подобные методы успешно используются во множестве лабораторий разных стран. Иллюстрация из статьи Мартина Чалфи с соавторами (Chalfie et al., 1994) в журнале Science.Chalfie et al., 1994 Зелёный флуоресцентный белок7 Фото с сайта

Типичный пример использования флуоресцентных белков Два разных белка метятся зелёным и красным флуоресцентными белкáми (их молекулярный вес около 30 кДа, что позволяет «слить» их с большинством клеточных белков без заметного влияния на функции последних). Клетку фотографируют при облучении ультрафиолетом через зелёный и красный светофильтры, и потом накладывают изображения на изображение клетки в видимом свете (серый). В результате получается довольно точная картина локализации разных белков в клетке и относительно друг друга. Зелёный флуоресцентный белок8 Фото с сайта

A green guiding star for biosciences В настоящее время учёные используют GFP для изучения функций клеток и белков в живых организмах. Белки – это химические инструменты жизни, они контролируют большинство процессов, происходящих в живой клетке. Каждый процесс в живом организме происходит благодаря механизму тысяч белков, такие как гемоглобин, антитела и инсулин. Некоторые сбои в работе белков приводят к болезням. Таким образом, изучение роли различных белков в функционировании организма оказывается фундаментальной задачей для биологии. Используя ДНК- технологию, учёные соединяют GFP к интересующему, но к тому же невидимому, белку. GFP функционирует как маленький фонарь, активируемый ультрафиолетовым светом. Зелёное свечение помогает учёным отслеживать эти белки в организме. Зелёный флуоресцентный белок9 Фото с сайта

Флуоресцентные белки в визуализации заболеваний Слева: Бесшёрстная мышь (специальная лабораторная порода), экспрессирующая красный флуоресцентный белок. Справа: Опухоль мозга, экспрессирующая флуоресцентные белки. Этот приём иллюстрирует возможность использования флуоресцентных белков для прижизненной окраски целого организма или его частей. Следует отметить, что такие маркеры в будущем может смогут предупреждать людей о начальных стадиях серьёзных заболеваний. Зелёный флуоресцентный белок10 Фото с сайта

Клетки мозга лабораторной мыши, светящиеся разными цветами за счет внедренных в их хромосомы в разных сочетаниях флуоресцентных белков трех разных цветов, полученных на основе зеленого флуоресцентного белка. Роджер Цянь, разделивший Нобелевскую премию по химии 2008 года с двумя другими учеными, изучил физико-химические причины свечения зеленого флуоресцентного белка и с помощью прицельных мутаций в его гене получил гены флуоресцентных белков других цветов. Использование таких белков, в частности, облегчает изучение связей между множеством нейронов головного мозга. Фото © AP Photo/Harvard University, Livett-Weissman-Sanes-Lichtman с сайта Зелёный флуоресцентный белок11

Картинки, получаемые при использовании GFP, были настолько красивыми, что поразили воображение и художников, и теперь целое направление SCIART развивается и за рубежом, и в России. Пейзаж с закатом в Сан-Диего, написанный колониями бактерий, высаженных на питательную среду в чашке Петри. В разных колониях синтезируются флуоресцентные белки разного цвета, полученные на основе зеленого флуоресцентного белка медузы Aequorea. Художник Натан Шейнер (Nathan Shaner), сотрудник лаборатории Роджера Цяня, фотограф Пол Штейнбах (Paul Steinbach). Фото с сайта upload.wikimedia.org Зелёный флуоресцентный белок12

GFP используют как сенсор на мышьяк, часто отравляющий источники питьевой воды в Африке. Его встраивают в геном бактерий, устойчивых к действию мышьяка, и добавляют эти бактерии в исследуемую воду. Если в результате вода начнёт светиться зелёным то даже неспециалисту будет понятно, что пить её, пожалуй, не стоит. Большой ажиотаж вызвало получение в одной из лабораторий Тайваня зеленых светящихся поросят. Впрочем, они были выведены, по-видимому, не столько в рекламных целях, сколько для изучения процессов развития органов и тканей, но это тот случай, когда научные достижения настолько эффектны, что привлекают внимание широких кругов публики. Зелёный флуоресцентный белок13

Используемые источники: Электронное издание «Наука и технологии России» Зелёный флуоресцентный белок14