Одно из моих самых любимых природных явлений — биосвечение. Производство света — это не только прерогатива больших и далеких звезд, но и различных живых существ, что делает их зеленый или синий свет куда более таинственным и привлекательным. Способны на это и бактерии, и некоторые рыбы, и личинки жуков из Новой Зеландии.
Одним из первых, кто заинтересовался природой этого явления, был японский ученый Осаму Шимомура. Он начал изучать медузы Aequorea victoria, но в лаборатории так и не смог заставить клетки медуз светиться. Однажды, выкинув белки медузы после очередного неудачного эксперимента в раковину с остатками морской воды, он выключил свет и собирался уходить. Тут он заметил, что раковина начала светиться синим. Он рассудил, что дело было в морской воде и что-то в ней заставляло белки медузы светиться. Позже он установил, что дело было в кальции. Этот светящийся белок он назвал эйкорином в честь той самой медузы.
Но тут внимательный читатель задастся вопросом: почему раковина светилась синим, если медузы светятся зеленым? Продолжая изучение, Осаму понял — эйкорин не единственный, кто светился. В медузах два белка, и второй оказался флуоресцентным — зеленым флуоресцентным белком (ЗФБ). Такие белки могут поглощать свет одной волны (одного цвета) и выпускать его, светясь другим цветом. Кальций в морской воде заставлял эйкорин светиться синим, он, в свою очередь, подавал синий свет на ЗФБ, который преобразовывал синие цветовые волны в зеленые. В то время никто и понятия не имел, что белки на такое способны. Это было прорывом в науке.
Чтобы понять, почему ученые писали кипятком от этого открытия, давайте посмотрим, что они там в своих лабораториях делают. Некоторые ученые в то время изучали прозрачных червей Caenorhabditis elegans — в особенности их нервные клетки. И хотя ученые видели клетки, они не видели, что именно те делают. Поэтому им пришло в голову: а почему бы не научить эти клетки производить тот самый зеленый флуоресцентный белок? Ученые внедрили ген белка в червя, и червь засветился.
Они создали ГМО — генетически модифицированный организм. Теперь они могли в реальном времени наблюдать, какие клетки червя и как реагируют на раздражители в окружающей среде. Так этот белок стал биомаркером или биометкой. Ученые не остановились на червях: они изменили и научили светиться мышей, дамские чулки (рыбок), кошек, собак и т.д. Это позволило наблюдать и изучать работу клеток, развитие зародышей и находить ответы на жизненно важные вопросы человечества.
Как же ученые узнают, какой белок именно светится? У любого гена, грубо говоря, есть две части: кодирующая и управляющая. Кодирующая часть указывает, какой продукт — РНК или белок — должен быть произведен. Управляющая же часть говорит, где, когда и сколько этого продукта должно быть произведено. Если последовательность, производящая зеленый светящийся белок, добавить к управляющей части, то он будет светиться всякий раз, когда будет включаться интересующий нас ген.
Например, мы хотим знать, производит ли клетка белок А. Добавляем ДНК последовательности зеленого светящегося белка к ДНК белка А и ждем. Светится — ген мутит, белок крутит. Не светится — ген не работает, белка нет. Не забываем, что мы должны посвятить синим цветом, чтобы белок засветился зеленым. Зеленый белок можно добавить в ту часть гена, которая кодирует белок, тогда сам белок будет светиться. Мы можем найти по свечению, куда отправляют белок после создания в ядро, в келточную стенку или она вообще выкинула белок наружу. При всем этом рыбка, мышка, кошка, собака и даже репка будут жить-поживать. Существует огромное количество применений зеленого белка, в том числе для изучения того, как вирусы заражают наши клетки. Именно благодаря зеленому белку узнали, что вирус ВИЧ может перемещаться между клетками, не разрушая их.
Источник:
Chalfie M (2023) Molecular Flashlights That Light up Science. Front. Young Minds. 11:1104539. doi: 10.3389/frym.2023.1104539
Ставя любо, подписываясь или же пересылая статью друзьям, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: 50 оттенков серого, может и больше