Биолюминесценция, или свечение биологических объектов, при всей своей экзотичности достаточно распространена в природе. Так, в американской светящейся мушке идентифицирован и выделен пигмент люциферин, разновидности которого встречаются в светлячках, мелких ракообразных, глубоководных рыбах и моллюсках. Окисление люциферина в составе простейших микроорганизмов отвечает за самое, наверное, захватывающее зрелище в природе — свечение ночного океана.

Как только не объясняли это явление — от божественного провидения до особых свойств морской соли. И только в начале XIX века российский мореплаватель, адмирал Иван Крузенштерн предположил, что причина в обитающих в воде крохотных организмах. 

Действительно, спустя некоторое время было доказано, что световое шоу в периоды особенного морского волнения устраивают одноклеточные динофлагелляты. Механическое воздействие воды на микроорганизмы вызывает электрические импульсы, которые поступают в особые мембранные пузырьки сцинтиллоны, содержащие люциферин. Внутренняя среда в пузырьках за счёт открытия ионных каналов закисляется, и динофлагеллят расцветает холодным голубым «пламенем». Но такая красота опасна: чрезмерная активность микроорганизмов отравляет воду токсинами и снижает содержание кислорода, что часто приводит к гибели морских обитателей.

Динофлагеллят под микроскопом

Медуза Aequorea victoria

Медуза Aequorea victoria в моменты раздражения светится зелёным — этот феномен взял на заметку в 1960 году японский биолог Осаму Симомура. Совместно с исследователями из Принстонского университета Симомура выделил из медузы люминесцентный белок экворин, однако в лабораторных условиях он светился синим, а не зелёным. Оказалось, что у медузы есть ещё один «цветной» белок — тот самый нобелевский Green Fluorescent Protein. Зелёное свечение этого белка инициируется синим светом экворина.

 Зелёный флуоресцентный белок

К концу 1970‑х годов о природе GFP было известно фактически всё, и учёные задумались о его практическом применении. Профессор Колумбийского университета Мартин Чалфи занялся внедрением гена GFP в геном организмов. Начал с классической E. coli, а затем ввёл ген флуоресцентного белка в наследственный аппарат нематоды C. elegans и смог отследить все этапы развития нейронов червя. С тех пор GFP-маркеры, светящиеся в УФ-излучении, стали незаменимыми помощниками в исследованиях синтеза белка и других внутриклеточных процессов.

Хромофор

Наконец, Роджер Тсиен, профессор Калифорнийского университета Сан-Диего, к 1996 году раскрыл последние нюансы работы флуоресцентного белка и модифицировал его, создав варианты, светящиеся голубым, жёлтым и сине-зелёным цветом.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №3(31). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.