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徠卡顯微鏡:熒光蛋白 - 從入門到諾貝爾獎

2013-10-16  發布者:admin 

熒光蛋白是最近熒光顯微鏡及其現代應用的根本。他們的發現和隨後的發展是最令人興奮的創新在上個世紀的生命科學和無數自然現象破譯的起點之一。這篇文章是獻給誰參與了熒光蛋白的命運輸入其科學的參與到人。它應該給一個最美麗的生化工具,從一開始到諾貝爾獎的漫長道路的洞察。

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早期的熒光觀察

熒光蛋白的人的興趣可以追溯到公元一世紀時,羅馬自然哲學家老普林尼描述[ 1 ](蓋烏斯皮林紐斯Secundus,公元23年-公元79年)在地中海的一個發光的水母(Pulmo MARINUS) 。在他的眼睛這些動物發出的光,其發光強度,它幾乎可以被用來作為一個火炬(博恩,1855)。除了 ​​這種水母有豐富的其他生物,吸引了AG亚游集团的注意,因為他們在黑暗中發光。事實上,他們沒有做到這一點趕上AG亚游集团欽佩,但其他的理論之中,與他們的同種(螢火蟲發揮自己的隊友,例如一拉就)溝通,吸引獵物(如蛙魚)或嚇唬天敵(短尾魷魚例如)。這些迷人的生物都生活在黑暗的世界-如深海-燈是一種原始屬性。而上200米的海洋底下的邊境滲透陽光,現存唯一的照明是由生活在那裏的生物。

利用化學發光和熒光發光,演變發展的最令人印象深刻的和最強大的工具,這是基於科學的好奇心幾個人最近的生物化學和細胞生物學之一。他們的努力,發現應在下麵提及。

中世紀後,隨著即將到來的自然科學的興趣,喜歡西班牙醫生和植物學家尼古拉斯莫納德斯描述一個閃閃發光的木1565降香nephriticum的提取物製成。後來這種光可以歸因於這是發現在這家工廠,並表明泛著不僅限於動物黃酮類化合物的氧化產物。三個多世紀後(1858年),愛爾蘭數學家和物理學家喬治·加布裏埃爾·斯托克斯,形成那種自然發生的現象:熒光的名稱。他認為這個詞後的藍色發光螢石礦物,並擴大了觀察動物在植物石頭的輻射對象

 

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 1,2:維多利亞水母。來源:Ssblakely,通過維基共享資源

 

然而有這個令人費解的問題,為什麽會出現藍色光完整的生物體中提取,而在綠色發光?下村和他的同事們幾年來解開這個謎。但最後他們的研究表明,藍色的光芒來自水母,隻是另一種閃閃發光的蛋白 - 水母綠色熒光蛋白(GFP)的能量來源。他們意識到,水母發光蛋白所發射的光的吸收,用這種能量產生綠色熒光的綠色熒光蛋白。

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圖3:綠色熒光蛋白(GFP)的分子結構

 

 

等待下一個開創性步驟凱旋遊行的GFP克隆技術的發明,在20世紀70年代。而美國微生物學家道格拉斯普拉舍的工作,在1992 [ 3 ] 的第一次克隆了完整的GFP基因A.維多利亞cDNA文庫之前,他準備與他的同事米爾頓科米爾一起在佐治亞大學的,已經知道準的GFP。不幸的是,由美國癌症學會的資助Prashers跑了出來,他才可以開始在細菌表達的重組GFP。

由Martin Chalfie的,一位美國生物學家,誰可以受益於普拉舍的前期工作,初步懷疑,GFP不會在外麵工作的水母被抹去。通過引入GFP基因插入大腸杆菌和線蟲,他可以表明,有沒有其他的水母特定的蛋白質或必要因素產生綠光[ 4 ]。

GFP在活細胞成像

有了這些經驗,門被打開了綠色熒光蛋白在生命科學,開始其驚人的職業生涯。GFP成為觀察活細胞和生物合成的標簽,而不需要或熒光抗體結構的關鍵。在免疫熒光染色的情況下,在細胞內的抗體的訪問目標結構一致來保證。這是通過用洗滌劑(例如),這不可避免地誘導細胞死亡的透化細胞。此外,大多數抗體變性抗原的偏好。因此,免疫熒光技術,使用代理,像第甲醛變性細胞靶蛋白結構。共使用GFP可以克服這些非生理條件和生活細胞成像鋪平了道路。

另一個人誰是實現和發展的巨大潛力GFP是錢永健。來自鈣調節領域,美國細胞生物學家興趣追蹤活細胞內大分子相互作用。劍橋和伯克利在哈佛的學習和工作後,他終於落戶在加州大學,聖迭戈。藥理學,化學和生物化學教授,他GFP的提高了工作效率,通過利用在進化過程中的一個非常普遍的原則:突變。1994年,他和他的團隊建立了一個單點突變(S65T)GFP一個更好的強度和光穩定性比野生型版本。除了明亮的光暈S65T的變異體有另一個引人注目的技術效益。而野生型GFP有兩個激發最大值在395納米和475納米,在484 nm處隻有一個變異版本。安裝的“新的”綠色熒光蛋白的光譜特性,通過保持其發射波長在509 nm處,幾乎成古典FITC熒光的屬性(FITCex:496納米,FITCem:520-530納米)。由於其增強GFP變種被稱為“增強”綠色熒光蛋白或EGFP。

做結構GFP錢學森和他的同事研究製定進一步的熒光衍生物。與GFP結構在他們手中,他們成立的一個變種(T203Y)照耀在明亮的黃色,因此定名為“黃色熒光蛋白”或YFP。其次青色(CFP)和藍色(BFP)形成。

 

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圖4:線蟲的神經係統,青色:CFP,綠色環保:綠色熒光蛋白,黃色:YFP,紅色:紅色熒光蛋白

 

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圖5:GFP小鼠

 

珊瑚蟲熒光蛋白

延伸到紅色的頻譜範圍內時,生物化學家 Sergey A. AG亚游集团簡直不敢相信,他是自2003年以來,俄羅斯科學院一名對應的成員,發現紅珊瑚的熒光蛋白的熒光蛋白的調色板買完這些刺胞動物門在莫斯科的一家寵物商店盧科亞諾夫研究這些原始的動物運往俄羅斯海洋水族館的熒光行為。其中包括,他發現紅色熒光的蛋白來自Discosoma的一個Corallimorpharia -他稱之為DsRed的。除了紅色熒光蛋白,簡直不敢相信和他的同事確定其他發光珊瑚蟲的蛋白質生化時間後的使用時間進行了優化,這是一個整體的調色板。

諾貝爾文學獎

所有的努力,研究發現,理解和增強熒光蛋白導致了大範圍的應用在生命科學的投入。GFP及其變種打開門,科學家觀看的FE轉移或血管生成生物體。此外,的五彩熒光的神經(Brainbow)的使用將有助於了解大腦中複雜的神經網絡。裝飾瘧疾的病原體瘧原蟲的寄生蟲,如熒光蛋白的可能性,它是可以實現的,看著自己的命運在宿主細胞。的機會,可以繼續的名單幾乎是無止境的,不僅包括臨床相關的項目,但還有其他基礎科學的企業。

總之GFP及其突變體的使用改變了AG亚游集团的生活和其病理修改在一個戲劇性的方式,2008年化學諾貝爾獎給他們三個人誰參與了綠色熒光蛋白的發現和發展得到了回報。修下村修馬丁Chalfie的錢永健,裝飾與他們的工作“的發現和發展綠色熒光蛋白,綠色熒光蛋白”在科學中的最高榮譽。

 

在化學(2008),諾貝爾委員會由的Måns埃倫貝格教授代表“ ...的發現和發展綠色熒光蛋白(GFP)從根本上改變科學議程。改進變種GFP和GFP類似的蛋白質協同的眼睛目前高分辨率顯微鏡,計算技術和強大的理論方法助長了複雜的生物係統側重於定量分析的科學革命,現在的世界迄今看不見的結構和動態原則逐步外觀影響幾乎所有方麵的生物,醫學和醫藥的研究... 

此報價為2008年諾貝爾化學獎的頒獎辭一次代表當前生命科學和高衝擊的熒光蛋白,在未來即將到來的利用率,也引起AG亚游集团的好奇心。最近的事態發展,像的熒光筆蛋白(photoactivateable光開關或photoconvertable的FPS)和建立新的超分辨率光學設施,如顯微鏡,明確的,即熒光進化仍在進行中,離終點不遠。 



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