Wat is groen fluorescerend eiwit?

Groen fluorescerend eiwit (GFP) is eiwit dat voorkomt in een soort kwal, Aequorea victoria , die wordt aangetroffen in de Noordelijke Pacific. Fluorescentie is een fenomeen waarbij bepaalde stoffen energie uit elektromagnetische straling absorberen, zoals licht, en de energie op een andere, normaal langere, golflengte uitzenden. De groene gloed geproduceerd door GFP is het gevolg van het absorberen van relatief hoogenergetisch blauw en ultraviolet licht en het uitzenden als groen licht, dat een langere golflengte en minder energie heeft; het zal daarom groen gloeien wanneer het wordt blootgesteld aan onzichtbaar ultraviolet licht. GFP is van bijzonder belang voor biologen, omdat het, in tegenstelling tot de meeste andere fluorescerende eiwitten, zelf fluoresceert zonder de noodzaak van enige interactie met andere moleculen. Omdat het een eiwit is dat volledig uit aminozuren bestaat, betekent dit dat organismen genetisch kunnen worden gemodificeerd om het te produceren, wat aanleiding geeft tot een breed scala aan toepassingen op verschillende gebieden van de biologie.

Bioluminescentie komt voor in veel mariene organismen. In het geval van Aequorea victoria straalt een chemoluminescente stof genaamd aequorine blauw licht uit wanneer deze wordt gecombineerd met calciumionen. Dit licht wordt vervolgens geabsorbeerd door het groene fluorescerende eiwit om een ​​groene gloed te produceren. Een aantal andere zeeorganismen bleken deze stoffen te bevatten, maar het is niet duidelijk waarom ze zijn geëvolueerd om deze gloed te produceren of de kleur te veranderen van blauw naar groen. Een suggestie, gebaseerd op experimenteel bewijs dat gloeiende GFP elektronen kan afgeven, is dat GFP zou kunnen werken als een door licht geactiveerde elektronendonor, op een vergelijkbare manier als chlorofyl in groene planten.

Het groene fluorescerende eiwit heeft een complexe structuur. Het fluorescerende deel - bekend als een fluorescerende chromofoor - bestaat uit drie aminozuren, tyrosine, glycine en serine of threonine, verbonden in een ringvorm. Dit zit in een cilindrische structuur die de chromofoor beschermt tegen contact met andere moleculen, een kenmerk dat cruciaal is voor de fluorescentie, omdat contact met watermoleculen anders de energie zou verdrijven die wordt gebruikt om de groene gloed te produceren.

GFP is uiterst nuttig gebleken op gebieden zoals genetica, ontwikkelingsbiologie, microbiologie en neurologie. Het kan worden gebruikt voor het taggen van specifieke eiwitten in een organisme om te zien waar en wanneer ze tot expressie worden gebracht; het deel van het DNA van het organisme dat codeert voor het eiwit van interesse kan worden gemanipuleerd om ook GFP te synthetiseren, waardoor het volgen van het eiwit in levende cellen met behulp van ultraviolet licht mogelijk wordt gemaakt. Virussen kunnen ook op deze manier worden getagd, waardoor infecties in levende organismen kunnen worden gevolgd. Groen fluorescerend eiwit kan ook worden aangepast om te fluoresceren in verschillende andere kleuren, waardoor nieuwe mogelijkheden worden geopend. Een daarvan is de oprichting van transgene muizen met verschillende combinaties van fluorescente eiwitten die tot expressie worden gebracht in neuronen, waardoor neurale paden in de hersenen in detail kunnen worden bestudeerd.

Andere toepassingen zijn buiten de biologie gevonden. Een controversiële ontwikkeling is de engineering van fluorescerende huisdieren. Er zijn genetisch gemanipuleerde dieren gemaakt die groen fluorescerend eiwit produceren, waaronder vissen, ratten, varkens en een konijn.