¿Cuál es el principio de luminiscencia de las proteínas fluorescentes?
En el océano hay una hermosa y mágica criatura: la medusa. Las medusas son un antiguo molusco invertebrado acuático. La mayoría de las medusas tienen sombrillas de colores y la capacidad de autoiluminarse. Pueden emitir una pequeña fluorescencia de color azul claro, que contrasta con el balanceo del agua del mar y que a menudo hace que la gente se pregunte. Nadie sabe cómo evolucionó la capacidad de las medusas para brillar. Estos hermosos elfos marinos están dispersos por todo el mundo, salpicando el vasto mundo submarino como estrellas. Durante millones de años, estas hermosas medusas han sido como mensajeras de luz, apareciendo en las obras de poetas, pintores y fotógrafos, añadiendo un toque de color a la historia del arte humano.
▲Medusa Victoria medusa
No fue hasta mediados del siglo XX que un científico japonés Osamu Shimomura notó y comenzó a estudiar el fenómeno de luminiscencia único de las medusas, y descubrió que su fluorescencia provino de una proteína luminiscente: —Aequorina, una proteína que emite fluorescencia azul y la transfiere a otra proteína verde fluorescente, lo que finalmente hace que la medusa produzca fluorescencia verde. Posteriormente, dos científicos, Martin Chalfie y Qian Yongjian, modificaron y utilizaron GFP y la introdujeron oficialmente en todo el campo de las ciencias biológicas, lo que provocó una revolución en la tecnología de investigación de células y proteínas en el campo de las ciencias biológicas. Hasta ahora, el método de marcar células vivas con proteínas fluorescentes modificadas ha sido ampliamente promocionado en laboratorios de todo el mundo. Osamu Shimomura, Martin Chalfie y Yongjian Qian también ganaron el Premio Nobel de Química en 2008 por sus grandes contribuciones. A continuación, presentaremos gradualmente la gloriosa historia de las medusas y la proteína verde fluorescente y el desarrollo de la ciencia humana.
▲En 2008, la Real Academia Sueca otorgó el Premio Nobel de Química al científico japonés Osamu Shimomura (primero desde la izquierda), al científico estadounidense Martin Schalfi (centro) y al científico chino-estadounidense Qian Yongjian (izquierda) tres ).
La historia del descubrimiento de la proteína de las medusas
Shimomura fue uno de los primeros científicos en estudiar este fenómeno de luminiscencia de las medusas. En la década de 1950, su Laboratorio de Biología Marina Woods Hole se dedicó al estudio de la bioluminiscencia. Durante el período de 1955 a 1961, Xia Xiucun realizó una investigación en profundidad sobre el mecanismo de luminiscencia de las luciérnagas de agua (Cypridina) y descubrió que este pequeño organismo requiere una proteína peculiar en el cuerpo para emitir luz, y la llamó luciferasa. Desafortunadamente, Xia Xiucun descubrió que la luciferasa por sí sola no era suficiente para emitir luz. No fue hasta muchos años después que la gente descubrió que la luciferasa en sí no tiene la capacidad de emitir luz, pero puede catalizar un compuesto molecular pequeño llamado luciferina. pero esta investigación le llevó a darse cuenta de que la capacidad de muchos organismos marinos para emitir luz puede depender de ciertas proteínas emisoras de luz producidas en sus cuerpos. Entonces se dedicó a estudiar más organismos marinos para encontrar otras proteínas con la capacidad de brillar.
Más tarde, por sugerencia de su mentor Johnson, finalmente decidió centrarse en la investigación de una especie llamada medusa Victoria. Con este fin, él y Johnson condujeron varias veces al Laboratorio Friday Harbor de la Universidad de Washington para rescatar una gran cantidad de medusas y las llevaron de regreso al laboratorio en Massachusetts en lotes para experimentos de extracción de proteínas. Investigaciones anteriores sobre la luciferasa proporcionaron a Shimomura mucha experiencia en investigación. Pronto descubrió que una gran cantidad de células luminiscentes se reunieron en el borde del área en forma de paraguas de las medusas y aisló una proteína que puede emitir luz, a la que llamó "aequorina". El estudio fue publicado en 1962 en el Journal of Cellular and Comparative Physiology.
Se dice que un día, Shimomura tomó otra muestra de proteína que no emitía luz, la vertió en el fregadero antes de ir a trabajar, apagó las luces del laboratorio y se preparó para irse a casa. Antes de irse, dio un vistazo rutinario al laboratorio y se preparó para cerrar la puerta. Al momento siguiente, se sorprendió al descubrir que la piscina emitía fluorescencia azul. Inmediatamente concluyó que algo en la piscina podría estar activando la capacidad de brillar de la proteína de la medusa. Durante los días siguientes, examinó todos los posibles iones y componentes químicos en la piscina uno por uno, y finalmente descubrió que los iones de calcio pueden activar la capacidad luminiscente de las proteínas de las medusas.