ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามได้ว่าเซลล์มะเร็งแพร่กระจายอย่างไรการติดเชื้อเอชไอวีมีความก้าวหน้าอย่างไร การศึกษาเหล่านี้และอื่น ๆ อีกมากมายที่ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับสุขภาพของมนุษย์ได้รับประโยชน์จากโปรตีนสีเขียวและเรืองแสงที่พบในสัตว์ทะเลเป็นครั้งแรก
จากจุดเริ่มต้นที่ต่ำต้อยในร่างกายของแมงกะพรุนชนิดใดชนิดหนึ่งโปรตีนเรืองแสงสีเขียวหรือ GFP ในระยะสั้นได้เปลี่ยนการวิจัยทางชีวการแพทย์ การใช้ยีนที่มีคำแนะนำในการสร้าง GFP นักวิทยาศาสตร์สามารถแนบแท็กเรืองแสงที่ไม่เป็นอันตรายกับโปรตีนที่เลือกไม่ว่าจะเป็นในเซลล์ในจานห้องปฏิบัติการหรือสิ่งมีชีวิตในสิ่งมีชีวิตเพื่อติดตามกิจกรรมของพวกเขา มันเหมือนกับการส่องแสงไฟฉายในการทำงานด้านในของเซลล์ หนอนแฟลต, ลูกอ๊อดและ zebrafish เป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่มีการตั้งโปรแกรมชิ้นส่วนให้เรืองแสงในนามของวิทยาศาสตร์
โปรตีนแต่ละตัวในเซลล์มนุษย์มีขนาดเล็กเกินไปที่จะเห็นแม้กระทั่งภายใต้กล้องจุลทรรศน์ แต่วิธีที่พวกเขาก่อตัวการพับและการโต้ตอบมีความสำคัญต่อชีวิต-ดังนั้นการจับภาพของพวกเขาในการกระทำนั้นมีค่ามากตัวอย่างเช่นการแนบ GFP เข้ากับเซลล์ที่ผลิตอินซูลินในตับอ่อนได้ช่วยให้นักวิจัยศึกษาว่าพวกเขาทำอย่างไร การติดแท็กสเปิร์มแมลงวันผลไม้ด้วย GFP นั้นจะทำให้แสงสว่างในการที่เซลล์เพศบางชนิดเพิ่มโอกาสในการปฏิสนธิได้อย่างไร
GFP ยังสามารถใช้ในการศึกษาแง่มุมของสภาพแวดล้อมภายในเซลล์เช่นค่า pH ของเซลล์หรือความเข้มข้นของแคลเซียม
ต้นกำเนิดโบราณ
GFP อาจฟังดูเป็นวัสดุ Sci-Fi ในอนาคต แต่จริง ๆ แล้วมันมีมานานกว่า 160 ล้านปี โปรตีนถูกแสดงออกตามธรรมชาติในแมงกะพรุนในอเมริกาเหนือชัยชนะ Aequoreaและทำงานโดยการดูดซับพลังงานจากแสงสีน้ำเงินในสภาพแวดล้อมและเปล่งแสงสีเขียวเพื่อตอบสนอง นักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่าทำไมแมงกะพรุนเหล่านี้พัฒนาเรืองแสงของพวกเขา แต่สมมติฐานหนึ่งคือมันช่วยให้พวกเขาป้องกันนักล่า
แมงกะพรุนไม่ใช่สิ่งมีชีวิตเรืองแสง (ทำให้เกิดแสงเรืองแสง) บนโลกใบเดียว โปรตีนเรืองแสงที่มีสีแตกต่างกันเกิดขึ้นตามธรรมชาติในกว่าร้อยสปีชีส์รวมถึงหิ่งห้อยและปะการัง โปรตีนฟลูออเรสเซนต์เหล่านี้จำนวนมากถูกนำมาใช้เพื่อหาแท็กสีใหม่สำหรับการวิจัย
อย่างไรก็ตาม GFP ยังคงเป็นพิเศษเนื่องจากมันจะพับเป็นรูปร่างที่เหมาะสมเมื่อมันถูกสร้างขึ้นพร้อมที่จะเรืองแสงโดยไม่ต้องใช้ความช่วยเหลือจากสารเคมีเพิ่มเติมเอนไซม์หรือสารอื่น ๆ
โปรตีนที่มีค่า
การวิจัย GFP มีเวลาที่จะส่องแสงบนเวทีในปี 2008 เมื่อ Martin Chalfie, Osamu Shimomura และ Roger Tsien ได้รับรางวัลโนเบลในวิชาเคมีสำหรับการค้นพบและพัฒนา GFP
Shimomura สกัดโปรตีนที่เร่าร้อนจากแมงกะพรุนในปี 1960 แล้วแยกยีนที่มีคำแนะนำในการทำ สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยสามารถแนะนำยีนให้เป็นสัตว์อื่น ๆ ผ่านการผสมพันธุ์หรือโดยใช้เทคนิคต่าง ๆ เช่นไวรัสเพื่อส่งสารพันธุกรรม ตราบใดที่สัตว์มียีนก็สามารถผลิต GFP - ซึ่งสามารถใช้ในการส่องสว่างส่วนเฉพาะของสัตว์เช่นเซลล์กล้ามเนื้อหรือวงจรเซลล์สมอง
งานของ Chalfie ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ได้เปลี่ยน GFP ให้เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับการศึกษาการแสดงออกของยีนและงานของ Tsien ในปีต่อ ๆ มาได้ผลิตสีทั้งสีที่เรืองแสงนานและสว่างขึ้นทำให้นักวิจัยศึกษาโมเลกุลที่แตกต่างกันในเวลาเดียวกัน
การค้นพบ GFP เปิดประตูสู่ความเป็นไปได้ทางวิทยาศาสตร์ใหม่ที่น่าตื่นเต้นเช่นดูว่าชุดของเซลล์เฉพาะประพฤติในระหว่างการพัฒนาของตัวอ่อนศึกษาว่าเซลล์ตายอย่างไรในระหว่างกระบวนการที่เรียกว่าการตายของเซลล์และแม้กระทั่งการหาวิธีใหม่ในการเปิดและปิดฟลูออเรสเซนต์
นอกเหนือไปจาก GFP
GFP นั้นดีสำหรับการศึกษาเซลล์ แต่มีข้อ จำกัด ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีชีวิตมีสีเรืองแสงของมันมักจะสวมหน้ากากเนื่องจากฮีโมโกลบินเลือดดูดซับแสงที่มองเห็นได้ซึ่ง GFP ปล่อยออกมา
ทีมนักวิจัยที่วิทยาลัยการแพทย์อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ออกแบบโพรบเรืองแสงใหม่โดยใช้โปรตีนแบคทีเรีย IRFP ขนานนามว่าโพรบปล่อยแสงอินฟราเรดใกล้เข้าใกล้ เนื่องจากเนื้อเยื่อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกือบจะโปร่งใสในแสงอินฟราเรดโพรบนี้ทำให้ง่ายต่อการมองภายในอวัยวะและสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
จนถึงตอนนี้ IRFP ได้รับการทดสอบบนหนูเท่านั้น แต่เป็นวิธีที่ปลอดสารพิษและไม่รุกล้ำที่ไม่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสี IRFP อาจมีศักยภาพที่ดีสำหรับการถ่ายภาพในมนุษย์
เรียนรู้เพิ่มเติม:
- แสงสีเขียว: โปรไฟล์ของ Marc Zimmer
- เครื่องมือเย็นบน ChemHealthWeb
- "โปรตีนเรืองแสงสีเขียว" ในพันธุศาสตร์ศตวรรษที่ 21
บทความเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตนี้จัดทำขึ้นเพื่อ LiveScience โดยร่วมมือกับสถาบันวิทยาศาสตร์การแพทย์ทั่วไปแห่งชาติส่วนหนึ่งของสถาบันสุขภาพแห่งชาติ-
