Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Идея оказалась замечательной, и главное – со временем ее удалось реализовать. Сложность состояла в том, что нужно было выделить не сам флуоресцентный белок (это уже проделал ранее Симомура), а ген – участок ДНК, который в организме медузы эквореи отвечает за синтез GFP. В 1992 г. Прашеру удалось выделить нужный ген и определить в нем последовательность групп, которые кодируют синтез зеленого белка. К сожалению, Прашер не смог продолжить исследования (такое часто бывает в науке): финансирование работ было прекращено и работа приостановлена. Эстафету принял другой американец, второй лауреат упомянутой Нобелевской премии – Мартин Чалфи. Узнав на одной из конференций о работах Прашера, он связался с автором работы и получил от него необходимую информацию вместе с образцами.

Чалфи проводил исследования, используя в качестве модельных организмов специальных круглых полупрозрачных червячков (латинское название – Caenorabditis elegans). Они около 1 мм в длину, их движения (судя по имеющимся видеороликам и в полном согласии с латинским названием) достаточно элегантны. Эти червячки, состоящие точно из 959 клеток, очень подробно изучены биологами и считаются одними из наиболее подходящих объектов для экспериментов. Чалфи решил ввести в структуру ДНК изучаемых червей ген ДНК – тот, который он получил от Прашера и который кодирует в медузах синтез GFP. В итоге Чалфи удалось внедрить этот ген в живые клетки изучаемого червячка. Полученный результат произвел на исследователей очень сильное впечатление: снимок червячка со светящимися участками тела был помещен на обложке одного из самых авторитетных научных журналов – Science.

После этого во многих странах количество исследовательских работ с флуоресцирующим белком стало стремительно расти. Ген, вводящий в живой организм светящуюся метку, стали называть репортерным. Он позволил проводить тонкие исследования с различными генетически модифицированными организмами, причем объект не требовалось препарировать или каким-либо образом разрушать – стало возможным наблюдать многие скрытые процессы визуально. Впервые ученые смогли под микроскопом следить в режиме реального времени, например, за ростом и характером связей в нейронах или за распространением раковых клеток в организмах лабораторных животных.

Все цвета радуги

Многие исследователи отмечали, что при воздействии ультрафиолетового света флуоресцентные белки постепенно «портятся», и флуоресценция гаснет. Третий лауреат премии – Роджер Тсиен, американец китайского происхождения, описал схему синтеза хромофорной группы (она была показана на рис. 2.8) и затем нашел способы целенаправленно изменять ее структуру для того, чтобы сделать более стабильной, а флуоресценцию – более яркой. Фактически это была необычайно тонкая работа химика-синтетика. Более того, он разработал способы получения хромофорных групп, которые флуоресцируют разными цветами, благодаря чему можно одновременно следить за несколькими процессами, происходящими в живых клетках, – например, различать раковые и нормальные клетки. В настоящее время эти белки используют практически в любой лаборатории, где ведутся исследования в области молекулярной биологии или биологии клетки.

Рекламная яркость научной работы

Далеко не каждая серьезная научная работа имеет впечатляющее красочное продолжение – причем в той области, которая понятна почти каждому человеку, в том числе и далекому от науки. Имея широкий набор цветных белков, ученые стали вводить флуоресцирующий ген в организмы разных животных, и в результате отдельные участки тела (или даже весь организм) стали светящимися. Научные журналы запестрели цветными снимками флуоресцирующих мушек дрозофил, кроликов, обычных и летучих мышей.

Особенно сильное впечатление произвело сообщение группы тайваньских биохимиков, которые под руководством профессора Шинь-Джи в 2006 г. создали флуоресцирующих поросят, для чего потребовалось с помощью необычайно тонкой экспериментальной техники ввести соответствующие гены в эмбрионы свиней. Эти поросята при дневном свете имеют отчетливый зеленоватый цвет кожи и глаз. Более того, у них даже сердце и внутренние органы – зеленого цвета! В других опытах они имеют ярко окрашенные оранжевые пятачки.