Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2009 № 02

Так уж повелось, что Нобелевские премии довольно часто присуждают за «дела давно минувших лет». О том, что светлячки и гнилушки светятся в темноте, известно испокон века. Ученые называют это явление флуоресценцией (от названия светящегося минерала флюорит) или люминесценцией (от латинского слова luminis — «свет»).

Кроме того, даром свечения обладают еще и некоторые разновидности морских медуз. Об этом писали еще древние греки, но лишь в 1962 году было обнаружено, что за свечение медузы Aequorea victoria отвечает белок GFP (green fluorescent protein), который светится зеленым после облучения его светом с определенной длиной волны.

Структура белка GFP.

Именно этот белок и открыл Осаму Симомура, которому в год награждения исполнилось 80 лет. И путь его к получению премии был на редкость долгим. Еще в середине 500х годов прошлого века, работая ассистентом в Нагойском университете, он начал изучать механизм свечения некоторых моллюсков. Точнее, даже не самих моллюсков, а их останков.

В чем здесь дело, к тому времени пытались выяснить уже несколько коллективов американских биологов, но безуспешно. И лишь Симомура сумел выделить в 1956 году из останков моллюска Cypridina белок, светящийся почти в 40 000 раз ярче, чем сам моллюск.

Эту работу Симомуры увенчала докторская степень.

Следующим объектом исследований он выбрал медузу Aequorea Victoria . Изучив десятки тысяч особей этого студнеобразного животного, в 1962 году он выделил тот самый белок GFP, который и принес ему впоследствии Нобелевскую премию. Кроме того, он предположил, что этот белок содержит хромофорный (цветообразующий) центр, а потому, в отличие от других белков, для проявления биолюминесценции не нуждается в каких-либо дополнительных веществах. Чтобы увидеть свечение, достаточно подсветить его ультрафиолетом или видимым синим светом.

Спустя полтора десятка лет исследования зеленого белка продолжил Мартин Чалфи.

Ученый в то время занимался исследованиями любимого объекта микробиологов — червячка Caernorr habditis elegans , прозрачного существа длиной всего лишь в 1 мм. Червячок интересен биологам тем, что состоит всего лишь примерно из тысячи клеток, однако имеет мозг и несколько генов, совпадающих с человеческими. И на нем очень удобно ставить эксперименты по генетике.

А чтобы ход и результаты опытов выглядели нагляднее, Чалфи сообразил, что белком GFP можно пометить различные клетки червя и по свечению следить за их функционированием «в режиме реального времени». Причем, желая иметь белок GFP все время под рукой в нужных количествах, Чалфи догадался использовать для производства «живую фабрику» — знакомую многим биохимикам бактерию Escherichia coli . В итоге исследователи получили своеобразную метку, «фонарик», мерцание которого позволяло легко проследить за течением процессов в клеточных структурах.

Далее работу продолжил Роджер Тсиен из Калифорнийского университета, который выявил детально механизм зеленого окрашивания. Он также определил формулы всех 238 аминокислот, образующих хромофорный центр, и важную роль трех аминокислот под номерами 65–67 в проявлении флуоресценции.

Понимание всех тонкостей позволило Тсиену модифицировать GFP таким образом, что флуоресценция стала более продолжительной. Кроме того, ученый и его коллеги смогли получить белки с флуоресценцией не только зеленого, но и других цветов.

В этой работе, кстати, принимали участие и российские ученые — Михаил Матц и Сергей Лукьянов.

Матц ныне работает профессором в Техасском университете (г. Остин, США), но связанные с белком GFP исследования он провел в России, в Институте биоорганической химии РАН, под руководством заведующего лабораторией, члена-корреспондента РАН Сергея Лукьянова. В итоге нашими учеными из коралловых полипов класса Anthozoa были выделены гены шести новых флуоресцентных белков, дающие, кроме прочее го, и красное свечение.

Казалось бы, логично было наградить всех, кто так или иначе участвовал в выявлении механизма свечения с помощью белка GFP и его аналогов. Но правила Нобелевского комитета строги: за одну работу премию могут получить не более трех человек. А потому за чертой призеров остались не только Михаил Матц и Сергей Лукьянов, но и некоторые другие исследователи, в частности, американец из Алабамы Дуглас Прешер.

Последний утверждает, что в 1992 году первым выделил ген, который позволяет медузам светиться в темноте. Однако ему пришлось остановить свои исследования после того, как иссякли выделенные на них деньги.