Vad är grönt fluorescerande protein?

Grönt fluorescerande protein (GFP) är protein som förekommer i en art av maneter, Aequorea victoria , som finns i norra Stilla havet. Fluorescens är ett fenomen varvid vissa ämnen absorberar energi från elektromagnetisk strålning, såsom ljus, och avger energi vid en annan, normalt längre våglängd. Den gröna glöd som produceras av GFP är resultatet av att den absorberar relativt högenergi blått och ultraviolett ljus och avger det som grönt ljus, som har en längre våglängd och mindre energi; det kommer därför att lysa grönt när det utsätts för osynligt ultraviolett ljus. GFP är av särskilt intresse för biologer eftersom det, till skillnad från de flesta andra fluorescerande proteiner, fluorescerar i sig utan kravet på någon interaktion med andra molekyler. Eftersom det är ett protein som helt består av aminosyror, betyder det att organismer kan vara genetiskt konstruerade för att producera det, vilket ger upphov till ett brett spektrum av tillämpningar inom olika biologiska områden.

Bioluminescens förekommer i många marina organismer. När det gäller Aequorea victoria avger ett kemiluminescerande ämne som kallas aequorin blått ljus när det kombineras med kalciumjoner. Detta ljus absorberas sedan av det gröna lysrörsproteinet för att ge en grön glöd. Ett antal andra marina organismer har visat sig innehålla dessa ämnen, men det är inte klart varför de har utvecklats för att producera denna glöd eller för att ändra färgen från blått till grönt. Ett förslag, baserat på experimentella bevis på att glödande GFP kan frigöra elektroner, är att GFP kan fungera som en ljusaktiverad elektrondonator, på liknande sätt som klorofyll i gröna växter.

Det gröna lysrörsproteinet har en komplex struktur. Den fluorescerande delen - känd som en fluorescerande kromofor - består av tre aminosyror, tyrosin, glycin och antingen serin eller treonin, förenade i en ringform. Detta finns i en cylindrisk struktur som skyddar kromoforen från kontakt med andra molekyler, en funktion som är avgörande för fluorescensen, eftersom kontakt med vattenmolekyler annars skulle sprida den energi som används för att producera den gröna glöd.

GFP har visat sig vara mycket användbart inom områden som genetik, utvecklingsbiologi, mikrobiologi och neurologi. Det kan användas för att märka specifika proteiner i en organism för att se var och när de uttrycks; den del av organismens DNA som kodar för proteinet av intresse kan konstrueras för att också syntetisera GFP, vilket möjliggör spårning av proteinet i levande celler med hjälp av ultraviolett ljus. Virus kan också märkas på detta sätt så att infektioner i levande organismer kan övervakas. Grönt fluorescerande protein kan också modifieras till lysrör i flera andra färger, vilket öppnar upp nya möjligheter. En av dessa har varit skapandet av transgena möss med varierande kombinationer av fluorescerande proteiner uttryckta i neuroner, vilket gör att neurala vägar i hjärnan kan studeras i detalj.

Andra tillämpningar har hittats utanför biologin. En kontroversiell utveckling är konstruktionen av lysrörsdjur. Genetiskt konstruerade djur som producerar grönt fluorescerande protein har skapats och inkluderar fisk, råttor, grisar och en kanin.