Ноя 6, 2016 Медуза животное с огоньком

Современная золотая рыбка обязана иметь наноразмеры и флуоресцировать зеленым светом…

Долгие и длительные годы зеленый флуоресцентный белок (green fluorescent protein, GFP) глядел напрасной биохимической диковиной, но в 1990-е годы он стал ценнейшим прибором в биологии. Эта неповторимая естественная молекула флуоресцирует не дурнее синтетических красителей, но в отличие от их безобидна. С подмогой GFP можнож узреть, как клеточка делится, как по сердитому волокну пробегает импульс либо как метастазы расселяются по телу лабораторного животного. Сегодняшний день Нобелевскую премию по химии вручают трем ученым, функционирующим в США, за открытие и разработку этого белка.

Чтоб приобрести главную порцию новейшего белка, исследователи ловили медуз ручными сетями закидывали невод, как старик из басни Пушкина. Самое необычное, что выделенный из этих медуз необычайный белок из медузы сквозь немного десятилетий стал истинной золотой рыбкой, тот или другой исполняет самые свещенные вожделения клеточных биологов.

Что этакое GFP?

GFP принадлежит к наибольшей и различной группе молекул живых организмов, тот или другой несут ответственность за почти все био функции, к белкам. Он вправду зеленого цвета, при том что большая часть белков не покрашены (отсюда их заглавие белок).

Немногочисленные окрашенные белки владеют цветом благодаря наличию небелковых молекул довесков. К примеру, гемоглобин нашей крови состоит из небелковой красно-коричневой молекулы гема и бесцветной белковой количества глобина. GFP это незапятнанный белок без добавок: молекула-цепочка, тот или другой состоит из бесцветных звеньев аминокислот. Но потом синтеза происходит ежели не волшебство, то, по последней мере, фокус: цепочка сворачивается в клубок, завоевывая зеленую окраску и способность источать свет.

[center][img=Чтоб приобрести достаточную для исследований порцию светящегося вещества, Осаму Симомура и сотрудники его лаборатории наловили и переработали наиболее 9 тыщ медуз. Фото (Creative Commons license): Denise Allen]datas/users/2-0047.jpg[/img][/center]

В клеточках медузы GFP функционирует в тандеме с остальным белком, тот или иной излучает голубий свет. GFP ест этот свет и излучает зеленый. Для чего глубоководной медузе Aequorea victoria светиться зеленым светом, ученые до этого времени не сообразили. Со светлячками все нетрудно: в брачный сезон самка поджигает маяк для самцов этакое брачное объявление: зеленая, рост 5 мм, ищу спутника жизни.

В случае медуз этакое разъясненье не подступает: они не могут энергично передвигаться и противостоять движениям, так что ежели и подают друг дружке сигналы, то сами же не в состоянии плыть на огонек.

Осаму Симомура: без усилий не вытащишь медузу

Все началось в 1950-е годы, иной раз в США в морской лаборатории Friday Harbor Осаму Симомура (Osamu Shimomura) стал учить глубоководную светящуюся медузу Aequorea victoria. Тяжело представить наиболее праздное научное любопытство: очкарикам стало занимательно, зачем светится в темноте морских глубин никому не ведомая студенистая тварь. Изучал бы яд медузы, и то водилось бы тривиальнее вообразить перспективу практического внедрения.

Оказалось, что ловить медуз фабричным тралом нельзя: они сильно травмируются, потому довелось ловить их ручными сетями. Для облегчения творческой научной занятия под управлением настырного японца сконструировали специальную машинку для разделки медуз.

Но научное любопытство, помноженное на японскую дотошность, отдало результаты. В 1962-мтр Симомура и коллеги выпустили статью, в тот или иной поведали о открытии новейшего белка, приобретшего заглавие GFP. Самое занимательное, что Симомуру интересовал не GFP, а второй белок медузы экворин. GFP обнаружили как сопутствующий продукт. К 1979 году Симомура и коллеги детально охарактеризовали структуру GFP, тот или другой имелась, естественно, занимательной, но едва лишь для немногочисленных узеньких профессионалов.

Мартин Чалфи: медузный белок без медузы

Прорыв был изготовлен в баста 1980-х начале 1990-х годов с водящим ролью Мартина Чалфи (Martin Chalfie) второго из троицы нобелевских лауреатов. С подмогой способов генной инженерии (тот или другой сформировалась лет сквозь 1520 потом открытия GFP), ученые выучились вделывать ген GFP в бактерии, а далее и в трудные организмы, и принудили их синтезировать этот белок.

Ранее рассчитывалось, что для приобретения флуоресцентных параметров GFP вызывает неповторимого биохимического окружения, тот или иной есть в организме медузы. Чалфи доказал, что настоящий светящийся GFP может образовываться также в остальных организмах, хватить единственного гена. Вот сейчас этот белок был у ученых под колпаком: не на морских глубинах, а постоянно под рукою и в безграничных числах. Раскрылись необыкновенные перспективы практического внедрения.

Генная инженерия дозволяет вделывать ген GFP не попросту куда-нибудь, а присоединять к гену определенного белка, тот или иной интересует исследователя. В итоге этот белок синтезируется со светящейся ловкой, что дозволяет созидать под микроскопом конкретно его на фоне тыщ остальных белков клеточки.

Революционность GFP в том, что он дозволяет маркировать белок конкретно в живой клеточке, и сама клеточка его синтезирует, а в эру до GFP практически вся микроскопия делалась на зафиксированных продуктах. На самом деле, биохимики изучали моментальные снимки био действий по состоянию на фактор смерти, предполагая, что в препарате все осталось так, как водилось при жизни. Сейчас явилась потенциал пронаблюдать и записать на видео почти все био процессы конкретно в живом организме.

Фруктовая лавка Роджера Циена

3-ий нобелевский лауреат, в корпоративном-то, ничего не открыл. Вооружившись чужими познаниями о GFP и способами генетической инженерии, в лаборатории Роджера Циен (Цянь Юнцзянь, Roger Y. Tsien) ученые замерзли творить по виду и подобию новейшие флуоресцентные белки, тот или другой превосходнее подходили их нуждам. Имелись устранены значительные нехватки натурального GFP. В частности, белок из медузы ясно светится при облучении ультрафиолетом, а для исследования живых клеток еще превосходнее употреблять видимый свет. Не считая того, натуральный белок тетрамер (молекулы собираются по четыре). Представьте, что четыре разведчика (GFP) соответственны выслеживать за 4-мя фигурантами (маркированные белки), и при всем этом все пора держаться за руки.

Изменяя отдельные структурные ингредиенты белка, Циен и его коллеги разработали модификации GFP, лишенные этих и линии остальных недочетов. Конкретно их сейчас употребляют ученые по целому миру. Не считая того, команда Циена сделала целую радугу флуоресцентных белков: от голубого до красно-фиолетового. Родные разноцветные белки Циен именовал в честь плодов подходящих цветов: mBanana, tdTomato, mStrawberry (клубника), mCherry (вишня), mPlum (слива) и т д.

Циен сделал перечень собственных разработок схожим на фруктовую лавку не только лишь в целях популяризации. По его словам, как не посещает один-одинехонек самого превосходнейшего плода на все случаи, так не посещает один-одинехонек самого превосходнейшего флуоресцентного белка: для каждого определенного варианта надобно предпочитать свой белок (а предпочитать сейчас глодать из чего же). Арсенал цветных белков нужен, иной раз ученые желают проследить сразу за несколькими внешностями объектов в одной клеточке (как правило так и посещает).

Новеньким шагом в дизайне флуоресцентных белков стало творение фотоактивируемых белков. Они не флуоресцируют (а следственно, не заметны под микроскопом), до того времени, пока с подмогой кратковременного облучения намеренно подобранным лазером их не зажжет исследователь. Лазерный луч подобен функции выделения в компьютерных прибавлениях. Ежели ученого интересуют не многие молекулы белка, а лишь в один-одинехонек определенном участке и начиная с определенного фактора, то можнож выделить эту область с подмогой лазерного полупрямой, а далее следить, что происходит конкретно с этими молекулами. К примеру, можнож активировать одну из 10-ов хромосом, а позже следить, как она путешествует по клеточке во пора дробленья, и другие хромосомы не будут путаться под ногами.

На данный момент ученые отправь еще далее: не так давно сделаны флуоресцентные белки-хамелеоны, тот или другой потом специального облучения меняют цвет, причем эти конфигурации обратимые: можнож самое большее разов переключать молекулу с один-одинехонек цвета на второй. Это еще преимущественно расширяет потенциала исследования действий в живой клеточке.

Благодаря разработкам бранного десятилетия, флуоресцентные белки замерзли один-одинешенек из ключевых приборов исследований клеточки. О один-одинехонек лишь GFP либо исследованиях с его употреблением теснее размещено около семнадцати тыщ научных статей. В 2006 году в лаборатории Friday Harbor, где был раскрыт GFP, определили монумент, изображающий молекулу GFP, возвышенностью 1,4 мтр, другими словами ориентировочно в 100 миллионов разов преимущественно оригинала.

GFP из медузы Aequorea превосходнейшее подтверждение того, что человеку нужно сберегать обилие бесполезных обликов бешеных животных. Каких-то 20 годов назад никто не представил бы, что экзотический белок никому не знакомой медузы станет генеральным прибором клеточной биологии XXI века. Наиболее 100 миллионов лет эволюция творила молекулу с неповторимыми качествами, тот или другой не сумел бы сконструировать на пустопорожнем месте никакой ученый либо комп. Любой из сотен тыщ обликов растений и животных синтезирует тыщи собственных собственных био молекул, тот или другой в подавляющем большинстве пока не исследованы. Быть может, в этом большущем живом архиве глодать почти все из того, что иной раз-нибудь пригодится населению земли.

Вырастающая доступность высоких технологий молекулярной биологии привела к тому, что светящиеся белки замерзли употреблять не только лишь в серьезных исследованиях.

Зеленое флуоресцентное сало

12 января 2006 ученые из Тайваня объявили о разработке трансгенных зеленых флуоресцентных свиней. Взрослые свиньи полностью светятся зеленым светом в темноте, а при дневном свете их шкура располагает зеленый оттенок, в особенности это приметно на пятачке. Ученые гордятся, что все ткани организма синтезируют зеленый белок, при том что ранее удавалось вынудить светиться лишь отдельные группы клеток в целом организме. Не считая свечения, свиньи ничем не различаются от нормальных. Ученые говорят, что этакие свиньи не только лишь станут украшением к Хэллоуину, да и посодействуют в исследовании стволовых клеток.

В 2000 году по заказу современного живописца Эдуарда Каца (Eduardo Kac) один-одинехонек французский генетик сделал зеленую флуоресцентную крольчиху по кличке Альба. Опыт не располагал никаких научных цельнее: Альба имелась произведением искусства живописца Каца в придуманном им направлении трансгенном искусстве. Крольчиха (простите, художественное творение Каца) демонстрировалась на многообразных выставках, пресс-конференциях и остальных мероприятиях, тот или другой завлекли крупное заинтересованность.

В 2002-мтр Альба внезапно погибла, а вокруг несчастного зверя в прессе поднялся скандал из-за противоречий меж ученым-исполнителем и живописцем-заказчиком. Предохраняя коллегу от нападок Каца, французские генетики, к примеру, утверждали, что Альба по сути не этакая зеленая и светящаяся, как смотрится на фото. Но ежели речь идет о искусстве, зачем бы не приукрасить с подмогой Фотошопа?

Генетическая инженерия жителя нашей планеты противоречит мед этике, потому навряд ли флуоресцентные белки будут приспосабливаться в легальных медучреждениях для диагностики и сходственных цельнее. Но можнож представить, что новейшие потенциала заинтригуют салоны красы и остальные наименее контролируемые заведения. Представьте для себя, к примеру, естественные ногти либо губки (никаких лаков и помад!), тот или другой меняют цвет в зависимости от освещения и даже светятся в темноте, ежели кому-то нравится Либо набросок на шкуре, интеллигентный своими флуоресцентными клеточками, тот или иной делается видимым, лишь ежели посветить специальной лампой, заместо татуировок, тот или другой осматривает каждый кому не лень, а удалить тяжело.