W XX wieku podstawy biochemii  zostały użyte w celu zbadania podstawowych zasad anabolicznych i katabolicznych ścieżek wewnątrz żywych komórek. XX wiek był także świadkiem  rewolucji w naszym rozumieniu funkcji enzymu, a przez krystalografię i jądrowy rezonans magnetyczny, struktura białek ujawniła się w rozdzielczości atomowej. W drugiej połowie tego wieku zdobycze genetyki klasycznej i znajomość kwasów nukleinowych połączone zostały w nowoczesną genomikę. Ta rewolucja genetyki, wspierana przez bioinformatykę i inne techniki pomocnicze wywarła wpływ na wiele dziedzin nauk biologicznych, z praktycznymi konsekwencjami dla medycyny, farmacji i ekologii. Jednakże, eksperymentalna rewolucja w biochemii i genetyce nie odbyła by się, gdyby nie narzędzia, które pozwalają na ilościowe i doświadczalne, dobrze zdefiniowane monitorowanie na poziomie molekularnym. Teraz, na początku XXI wieku, jesteśmy świadkami szybkiego rozwoju narzędzi opartych na zielonym białku fluorescencyjnym (GFP) pochodzącym z meduzy Aequorea victoria.


Struktura GFP

Rodzina białek GFP-like pozwala na monitorowanie w czasie i przestrzeni coraz większej liczby zjawisk zachodzących w żywych komórkach jak i badanie ekspresji genów, białek, a także lokalizację dynamiki, interakcji białko-białko, podziału komórek, replikację chromosomów i organizację wewnątrzkomórkowych ścieżek transportu. Oprócz tego, dzięki fluorescencji GFP stało się możliwe uzyskanie obrazu przestrzennego o rozdzielczości wyższej niż limit dyfrakcyjny.


Przykład zastosowania GFP

Natywne zielone białko fluorescencyjne (GFP), Pio raz pierwszy nazwane przez Morin i Hastings (1971), pochodzące z Aequorea victoria (Shimomura, 1962) zawiera 238 aminokwasów (Prasher et al., 1992). Reszty 65-67 (Ser-Tyr-Gly) w zwykłej kolejności spontanicznie (Heim, 1994) tworzą chromofor fluorescencyjny: p-hydroxybenzylideneimidazolinon (Cody, 1993; Shimomura, 979).  Widmo wzbudzenia fluorescencji GFP znajduje się między 400 nm i około 470 nm, podczas gdy spektrum emisji ma pik maksymalnie na około 505 nm a rozszerza się do 540 nm (Tsien, 1998)

Tegoroczna nagroda Nobla w dziedzinie Chemii docenia wstępne odkrycie GFP oraz serię eksperymentów rozwijających wczesne prace nad tym białkiem. Dzięki użyciu technologii związanych z DNA naukowcy potrafią połączyć GFP z innymi interesującymi, ale niewidocznymi białkami. Świecący marker pozwala im śledzić ich przemieszczanie, ustawienie i inne interakcje. Co więcej, dzięki GFP naukowcy mogą śledzić los komórek: zniszczenie neuronów w chorobie Alzheimera lub sposób, w jaki produkujące insulinę komórki beta są tworzone w trzustce rozwijającego się embrionu.


Za niezwykłym i fundamentalnym odkryciem stoją trzej naukowcy:


Osamu Shimomura  - japoński biochemik. W 1951 roku ukończył studia farmaceutyczne na uniwersytecie w Nagasaki. W 1960 uzyskał tam stopień doktora chemii organicznej., W 1962 po raz pierwszy wyizolował GFP z meduzy Aequorea victoria. Odkrył także, że białko to świeci w promieniowaniu ultrafioletowym.

Martin Chalfie - jest naukowcem amerykańskim. Doktorat z neurobiologii obronił na uniwersytecie Harvarda, a tytuł profesora nauk biomedycznych otrzymał na uniwersytecie Columbia. jako pierwszy wykazał znaczenie GFP jako świecącego znacznika genetycznego używtecznego w badaniu zjawisk biologicznych.


Roger Y. Tsien - amerykański biochemik chińskiego pochodzenia. Stopień doktora uzyskał na Uniwersytecie Cambridge, w latach 1982-1989 pracował na University of California, Berkeley, zaś od 1989 roku jest profesorem na Wydziale Chemii i Biochemii University of California, San Diego. Pogłębił wiedze na temat procesu, w  wyniku którego białka GFP świecą. Wykazał także, że białka fluorescencyjne mogą świecić na różne kolory, dzięki czemu naukowcy otrzymali możliwość badania kilku procesów/komórek jednocześnie.