Co sprawia, że meduza świeci? Dla naukowców zadanie tego prostego pytania doprowadziło do powstania potężnego nowego narzędzia, które całkowicie odmieniło medycynę i zdobyło nagrodę Nobla!

W 2007 roku naukowcy z UC San Diego obserwowali migrację komórek raka piersi w czasie rzeczywistym. W 2009 r. naukowcy z UC Davis i Mount Sinai School of Medicine zarejestrowali wideo wirusa HIV rozprzestrzeniającego się między komórkami układu odpornościowego. Procesy biologiczne, które kiedyś były przed nami ukryte, teraz mogą być oświetlone jak ogniki, a wszystko to jest możliwe dzięki eksperymentowi, który został wyrzucony do kosza.

W 1960 roku Osamu Shimomura nie próbował zrewolucjonizować nauki – gdyby próbował, być może nie zacząłby od badania meduz. Shimomura był młodym badaczem z prostym pytaniem: Co sprawiło, że krystaliczna meduza, Aequorea victoria, świeci na jasnozielono, gdy jest wzburzona?

Jego próby wyizolowania świecącego enzymu lucyferazy z meduzy były tylko częściowo skuteczne. Po różnych poprawkach w laboratorium, był w stanie wyprodukować tylko słabe świecenie z próbek wyizolowanych z meduzy, więc wyrzucił próbki do zlewu, aby posprzątać po sobie. Kiedy płyn uderzył w zlew, nagle pojawił się jasnoniebieski błysk.

Shimomura szybko odkrył, że to nie zlew sam w sobie, ale woda morska – a konkretnie wapń w wodzie morskiej – która reagowała z próbkami z kryształowej galarety, tworząc niebieski błysk. Ale była jeszcze jedna tajemnica: Galaretki kryształowe świecą na zielono, nie na niebiesko.

Shimomura wysunął hipotezę, że w meduzie znajduje się dodatkowy związek, który absorbuje niebieskie światło, a następnie emituje światło zielone. Ten związek okazał się być unikalnym białkiem, które Shimomura nazwał Green Fluorescent Protein, w skrócie „GFP”.

Błysk blasku

W połowie lat 80-tych Martin Chalfie z Columbia University pracował z przezroczystą glizdą C. elegans, próbując zbadać, gdzie pewne geny były wyrażane w robaku.

W tym czasie znalezienie genów w DNA organizmu było coraz łatwiejsze, ale ustalenie, za co dany gen był odpowiedzialny i gdzie ulegał ekspresji, stanowiło nie lada wyzwanie.

Po wysłuchaniu wykładu, w którym wspomniano o GFP, Chalfie miał chwilę natchnienia: Ponieważ GFP jest białkiem, mógł wprowadzić sekwencję DNA, która koduje GFP do DNA glisty i spowodować ekspresję świecącego białka wraz z każdym genem, który badał. Blask służyłby jako marker pokazujący, gdzie geny ulegają ekspresji.

Metoda Chalfiego zadziałała. Nagle niewidoczne procesy stały się widoczne, otwierając nowy świat badań biologicznych i medycznych.

Wszystkie kolory tęczy mózgowej

Jakkolwiek GFP otworzyło drzwi, miało ograniczenia. Wyblakła zbyt szybko dla niektórych badań, a to tylko przyszedł w jednym kolorze. Roger Tsien, biochemik z UC San Diego, wziął GFP i opracował nowe odmiany, które były jaśniejsze i świeciły w szeregu różnych kolorów, które Tsien obdarzył kapryśnymi nazwami, takimi jak „Monomeryczny banan” i „Tandemowy dimer pomidora.”

Mając szereg kolorów GFP pozwolił naukowcom obserwować wiele procesów w tym samym czasie, z większą precyzją niż kiedykolwiek wcześniej. Naukowcy z Harvardu wykorzystali to wielokolorowe podejście do mapowania poszczególnych neuronów w mózgach myszy, tworząc ikoniczny obraz znany jako „tęcza mózgu”.”

W 2008 roku Shimomura, Chalfie i Tsien podzielili się Nagrodą Nobla za odkrycie i rozwój GFP. W epoce, w której coraz więcej uwagi poświęca się badaniom stosowanym, warto pamiętać, że rewolucja naukowa rozpoczęła się od badań podstawowych, wzburzonych meduz i eksperymentu, który został wyrzucony do kosza.