Как светящиеся медузы совершили революцию в биологии растений
Открытие флуоресцентного белка GFP из медузы Aequorea victoria дало биологам инструменты для "освещения" микроскопического мира внутри живой клетки. За это открытие и разработку метода три учёных получили Нобелевскую премию по химии в 2008 году.
Естественное свечение
В начале 1960-х Осаму Симомура изучал биолюминесцентных медуз. Из примерно 10 000 собранных вручную медуз Aequorea victoria его команда выделила два белка:
- Эквиорин (aequorin) — требует кальция для биолюминесценции.
- Зелёный флуоресцентный белок (GFP) — требует активации ультрафиолетовым (УФ) светом для флуоресценции.
Ключевым открытием стала способность GFP функционировать без других взаимодействующих молекул.
Развитие метода
- В 1992 году Дуглас Прашер клонировал ген GFP из ДНК медузы.
- В 1994 году Мартин Чалфи вставил этот ген в клетки бактерии E. coli и круглого червя C. elegans. При облучении УФ-светом клетки испускали зелёную флуоресценцию.
- Роджер Цьен создал мутировавшие варианты GFP, производящие разные длины волн и, следовательно, разные цвета флуоресценции.
Это доказало, что ген GFP можно встроить в генетический код разных видов, заставив их производить собственный GFP.
Применение в биологии растений
GFP стал одним из самых широко используемых методов в исследованиях растительных клеток. Учёные соединяют (фьюзируют) ген GFP с генами интересующих белков и вставляют эту ДНК в клетки растений. Это позволяет в живых тканях:
- Визуализировать и анализировать начальную локализацию и движение белка внутри клетки.
- Например, метить мембранные белки, чтобы наблюдать в реальном времени, как движутся клеточные мембраны.
В сочетании с другими методами (флуоресцентные красители, мощные микроскопы) GFP позволил построить более чёткую картину функций белков в клетках, чем когда-либо прежде.