Авг 5, 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) выглядел напрасной биохимической диковиной, но в 1990-е годы он стал ценнейшим инвентарем в биологии. Эта неповторимая естественная молекула флуоресцирует не дурнее синтетических красителей, но в отличие от их безобидна. С подмогою GFP можнож узреть, как клеточка делится, как по сердитому волокну пробегает импульс либо как метастазы расселяются по телу лабораторного животного. Сейчас 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 изумительное, что выделенный из этих медуз необычайный белок из медузы спустя немножко десятилетий стал истинной золотой рыбкой, тот или другой исполняет самые свещенные жажды клеточных биологов.

Что экое GFP?

GFP принадлежит к наибольшей и разнородной 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 числа глобина. GFP это незапятнанный белок без добавок: молекула-цепочка, тот или другой состоит из бесцветных звеньев аминокислот. Но затем синтеза происходит ежели не волшебство, то, по последней мере, фокус: цепочка сворачивается в клубок, заслуживая 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 действует в тандеме с иным 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 экое разъясненье не подступает: они не могут деятельно передвигаться и противостоять процессам, 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, иногда 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 знакомая студенистая тварь. Изучал бы яд медузы, и то водилось бы примитивнее вообразить перспективу практического использования.

Оказалось, что ловить медуз фабричным тралом нельзя: они сильно травмируются, оттого довелось ловить их ручными сетями. Для облегчения творческой научной службы 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, заработавшего заглавие GFP. Самое увлекательное, что Симомуру интересовал не GFP, а второй белок медузы экворин. GFP раскрыли как сопутствующий продукт. К 1979 году Симомура и коллеги детально охарактеризовали структуру GFP, тот или другой имелась, окончательно, занимательной, но едва для немногочисленных односторонних профессионалов.

Мартин Чалфи: медузный белок без медузы

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

Ранее числилось, что для приобретения флуоресцентных параметров GFP просит неповторимого биохимического окружения, тот или другой есть в организме медузы. Чалфи доказал, что настоящий светящийся GFP может образовываться также в иных 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 использования.

Генная инженерия дозволяет ввертывать 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 иных 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 взяла вероятность 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. Водились устранены значительные недостачи натурального GFP. В частности, белок из медузы ясно светится при облучении ультрафиолетом, а для исследования живых клеток еще превосходнее применять видимый свет. Не считая того, натуральный белок тетрамер (молекулы собираются по четыре). Представьте, что четыре разведчика (GFP) обязаны смотреть за 4-мя фигурантами (маркированные белки), и при всем этом все период держаться за руки.

Изменяя отдельные структурные компоненты белка, Циен и его коллеги разработали модификации GFP, лишенные этих и линии иных изъянов. Конкретно их сейчас употребляют ученые по цельному миру. Не считая того, команда Циена сделала целую радугу флуоресцентных белков: от голубого до красно-фиолетового. Родные разноцветные белки Циен именовал в честь плодов соответственных 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-одинешенек самого наилучшего плода на все случаи, так не посещает один-одинешенек самого наилучшего флуоресцентного белка: для каждого определенного варианта нужно предпочитать свой белок (а предпочитать сейчас глодать из чего же). Арсенал цветных белков нужен, иногда ученые желают проследить сразу за несколькими внешностями объектов в одной клеточке (обыкновенно так и посещает).

Новеньким шагом в дизайне флуоресцентных белков стало творенье фотоактивируемых белков. Они не флуоресцируют (а означает, не заметны под микроскопом), до того времени, пока с подмогою кратковременного облучения намеренно подобранным лазером их не зажжет исследователь. Лазерный луч подобен функции выделения в компьютерных прибавленьях. Ежели ученого интересуют не многие молекулы белка, а только лишь в один-одинехонек определенном участке и начиная с определенного причины, то можнож выделить эту область с подмогою лазерного полупрямой, а потом 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 период дробления, 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 затем специального облучения меняют цвет, причем эти конфигурации обратимые: можнож максимум разов переключать молекулу с один-одинешенек цвета на второй. Это еще главным образом расширяет вероятности исследования действий в живой клеточке.

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

GFP из медузы Aequorea наилучшее подтверждение того, что человеку нужно сберегать обилие бесполезных обликов одичавших животных. Каких-то 20 годов назад никто не представил бы, что экзотический белок никому не ведомой медузы станет ключевым инвентарем клеточной биологии XXI века. Наиболее 100 миллионов лет эволюция творила молекулу с неповторимыми качествами, тот или иной 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 громадном живом архиве глодать почти все из того, что иногда-нибудь пригодится населению земли.

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

Зеленое флуоресцентное сало

12 января 2006 ученые из Тайваня объявили о твореньи трансгенных зеленых флуоресцентных свиней. Взрослые свиньи полностью светятся зеленым светом в темноте, а при дневном свете их шкура обладает зеленый оттенок, необычно это приметно на пятачке. Ученые гордятся, что все ткани организма синтезируют зеленый белок, при том что ранее удавалось вынудить светиться только лишь отдельные группы клеток в целом организме. Не считая свечения, свиньи ничем не различаются от средних. Ученые говорят, что этакие свиньи не только лишь станут украшением к Хэллоуину, да и направят 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 обладал никаких научных цельнее: Альба имелась произведением искусства живописца Каца в придуманном им направлении трансгенном искусстве. Крольчиха (простите, художественное творение Каца) демонстрировалась на разных выставках, пресс-конференциях и иных мероприятиях, тот или другой завлекли крупное заинтересованность.

В 2002-мтр Альба нежданно погибла, а вокруг несчастного зверя в прессе поднялся скандал из-за противоречий меж ученым-исполнителем и живописцем-заказчиком. Обороняя 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 подмогою Фотошопа?

Генетическая инженерия жителя нашей планеты противоречит мед этике, оттого навряд ли флуоресцентные белки будут приноравливаться в легальных медучреждениях для диагностики и сходственных цельнее. Все же можнож представить, что новейшие вероятности 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 останавливается видимым, только лишь ежели посветить специальной лампой, заместо татуировок, тот или другой осматривает каждый кому не лень, а удалить тяжело.