Mikä saa meduusan hehkumaan? Tuon yksinkertaisen kysymyksen esittäminen johti tiedemiehille tehokkaaseen uuteen työkaluun, joka on muuttanut lääketiedettä täysin – ja saanut Nobelin palkinnon!

Vuonna 2007 UC San Diegon tutkijat seurasivat rintasyöpäsolujen vaellusta reaaliajassa. Vuonna 2009 UC Davisin ja Mount Sinai School of Medicinen tutkijat kuvasivat videolla HIV:n leviämistä immuunisolujen välillä. Biologiset prosessit, jotka ennen olivat meiltä piilossa, voidaan nyt valaista kuin tulikärpänen, ja se kaikki on mahdollista viemäristä alas heitetyn kokeen ansiosta.

Vuonna 1960 Osamu Shimomura ei yrittänyt vallankumouksellisesti mullistaa tiedettä – jos hän olisi yrittänyt, hän ei ehkä olisi aloittanut meduusojen tutkimista. Shimomura oli nuori tutkija, jolla oli yksinkertainen kysymys:

Hänen yrityksensä eristää luminesoiva luciferaasientsyymi meduusasta onnistuivat vain osittain. Erilaisten laboratoriossa tehtyjen viritysten jälkeen hän pystyi tuottamaan meduusasta eristetyistä näytteistä vain heikon hehkun, joten hän heitti näytteet lavuaariin siivotakseen päivän. Kun neste osui lavuaariin, syntyi äkillinen kirkkaan sininen välähdys.

Shimomura huomasi nopeasti, että se ei ollut itse lavuaari, vaan merivesi – erityisesti meriveden sisältämä kalsium – joka reagoi kristallimeduusanäytteiden kanssa synnyttäen sinisen välähdyksen. Mutta oli vielä yksi mysteeri: Kristallihyytelöt hehkuvat vihreinä, eivät sinisinä.

Shimomura esitti hypoteesin, että meduusassa oli ylimääräinen yhdiste, joka imi sinistä valoa ja säteili sitten vihreää valoa. Tämä yhdiste osoittautui ainutlaatuiseksi proteiiniksi, jonka Shimomura nimesi vihreäksi fluoresoivaksi proteiiniksi (Green Fluorescent Protein, lyhyesti ”GFP”).

Kirkkauden välähdys

Kolumbian yliopiston Martin Chalfie työskenteli 1980-luvun puolivälissä läpinäkyvän pyöreämadon, C. elegansin, parissa yrittäen tutkia, missä tietyt geenit ilmentyvät madossa.

Siihen mennessä geenien löytäminen eliön DNA:sta oli jo paljon helpompaa, mutta sen selvittäminen, mistä geeni oli vastuussa ja missä geeni ilmeni, oli varsin haastavaa.

Käveltyään luennolla, jossa sattui mainitsemaan GFP:n, Chalfie sai inspiraation hetken: Koska GFP on proteiini, hän voisi lisätä GFP:tä koodaavan DNA-sekvenssin sukkulamatojen DNA:han ja saada ne ilmentämään hohtavaa proteiinia minkä tahansa tutkimansa geenin ohella. Hehku toimisi merkkiaineena, joka osoittaisi, missä geenit ilmentyvät.

Chalfien menetelmä toimi. Yhtäkkiä näkymättömät prosessit tehtiin näkyviksi, mikä avasi uuden maailman biologiselle ja lääketieteelliselle tutkimukselle.

Aivokaaren kaikki värit

Vaikka GFP avasi oven, sillä oli myös rajoituksia. Se haalistui liian nopeasti joidenkin tutkimusten kannalta, ja sitä oli vain yhdessä värissä. Roger Tsien, biokemisti UC San Diegossa, otti GFP:n ja kehitti siitä uusia muunnelmia, jotka olivat kirkkaampia ja hehkuivat useilla eri väreillä, joille Tsien antoi omituisia nimiä, kuten ”Monomeerinen banaani” ja ”Tandem dimer tomato”.

GFP:n värivalikoiman ansiosta tutkijat pystyivät havainnoimaan useita prosesseja samaan aikaan suuremmalla täsmällisyydellä kuin koskaan ennen. Harvardin tutkijat käyttivät moniväristä lähestymistapaa kartoittaakseen hiiren aivojen yksittäisiä neuroneja ja loivat ikonisen kuvan, joka tunnetaan nimellä ”aivokaari”.”

Vuonna 2008 Shimomura, Chalfie ja Tsien jakoivat Nobel-palkinnon GFP:n keksimisestä ja kehittämisestä. Aikakaudella, jota leimaa lisääntyvä keskittyminen soveltavaan tutkimukseen, on syytä muistaa, että tieteellinen vallankumous alkoi perustutkimuksesta, sekoitetuista meduusoista ja kokeesta, joka heitettiin viemäriin.