Cosa fa brillare una medusa? Per gli scienziati, porre questa semplice domanda ha portato a un nuovo potente strumento che ha completamente trasformato la medicina e ha vinto il Nobel!

Nel 2007, i ricercatori della UC San Diego hanno visto le cellule del cancro al seno migrare in tempo reale. Nel 2009, gli scienziati della UC Davis e della Mount Sinai School of Medicine hanno catturato il video dell’HIV che si diffonde tra le cellule immunitarie. Processi biologici che una volta ci erano nascosti possono ora essere illuminati come una lucciola, ed è tutto possibile grazie a un esperimento che è stato buttato nel cesso.

Nel 1960, Osamu Shimomura non stava cercando di rivoluzionare la scienza – se lo avesse fatto, forse non avrebbe iniziato studiando le meduse. Shimomura era un giovane ricercatore con una semplice domanda: Cosa faceva brillare di verde la gelatina di cristallo, Aequorea victoria, quando veniva agitata?

I suoi tentativi di isolare un enzima luciferasi luminescente dalla medusa funzionavano solo parzialmente. Dopo vari aggiustamenti in laboratorio, è stato in grado di produrre solo un debole bagliore dai campioni isolati dalle meduse, così ha scaricato i campioni in un lavandino per pulire la giornata. Quando il liquido ha colpito il lavandino, c’è stato un improvviso lampo blu brillante.

Shimomura ha scoperto rapidamente che non era il lavandino stesso, ma l’acqua di mare – in particolare il calcio nell’acqua di mare – che ha reagito con i campioni dalla gelatina di cristallo per creare il lampo blu. Ma c’era un ulteriore mistero: Le gelatine di cristallo brillano di verde, non di blu.

Shimomura ha ipotizzato che ci fosse un ulteriore composto nella medusa che assorbiva la luce blu e poi emetteva luce verde. Questo composto si rivelò essere una proteina unica che Shimomura chiamò Green Fluorescent Protein, “GFP” in breve.

Un lampo di brillantezza

A metà degli anni ’80, Martin Chalfie della Columbia University stava lavorando con il verme trasparente, C. elegans, cercando di studiare dove certi geni erano espressi nel verme.

A quel tempo, trovare i geni nel DNA di un organismo stava diventando molto più facile, ma capire di cosa fosse responsabile il gene e dove il gene fosse espresso, era piuttosto impegnativo.

Dopo aver assistito a una conferenza in cui si parlava di GFP, Chalfie ebbe un momento di ispirazione: Poiché GFP è una proteina, potrebbe inserire la sequenza di DNA che codifica per GFP nel DNA dei vermi, e far loro esprimere la proteina luminosa insieme a qualsiasi gene che stava studiando. Il bagliore sarebbe servito come marcatore per mostrare dove i geni venivano espressi.

Il metodo di Chalfie ha funzionato. Improvvisamente, processi invisibili furono resi visibili, aprendo un nuovo mondo di ricerca biologica e medica.

Tutti i colori del brainbow

Mentre la GFP apriva la porta, aveva dei limiti. Sbiadiva troppo rapidamente per alcune ricerche, ed era disponibile in un solo colore. Roger Tsien, un biochimico della UC San Diego, ha preso GFP e ha sviluppato nuove varianti che erano più luminose e brillavano in una serie di colori diversi, che Tsien ha dotato di nomi stravaganti, come “banana monomerica” e “pomodoro dimero tandem.”

Avere una serie di colori di GFP ha permesso ai ricercatori di osservare più processi allo stesso tempo, con maggiore precisione che mai. I ricercatori di Harvard hanno usato l’approccio multicolore per mappare i singoli neuroni del cervello del topo, creando un’immagine iconica nota come “arcobaleno cerebrale”.

Nel 2008, Shimomura, Chalfie e Tsien hanno condiviso il premio Nobel per la scoperta e lo sviluppo della GFP. In un’epoca segnata da una crescente attenzione alla ricerca applicata, vale la pena ricordare che una rivoluzione scientifica è iniziata con la ricerca di base, meduse agitate e un esperimento che è stato buttato nel cesso.