Kémiai Nobel-díj világító fehérjéért

A biotechnológiai kutatásokban igen fontos szerepet játszó úgynevezett zöld fluoreszcens fehérje (green fluorescent protein, GFP) felfedezéséért, illetve alkalmazásának kifejlesztéséért ítélték oda a 2008-as kémiai Nobel-díjat három amerikai kutatónak - jelentette be szerdán Stockholmban a Svéd Királyi Tudományos Akadémia illetékes bizottsága.

Az elismerésben egyenlő arányban részesült Osamu Shimomura (Marine Biological Laboratory, Boston University Medical School), Martin Chalfie (Columbia University) és Roger Y. Tsien (University of California, San Diego).

A biotechnológiai vizsgálatok egyik legfontosabb eszköze

A szokatlanul fényesen világító fehérjét, a zöld fluoreszcens fehérjét 1962-ben fedezték fel az Aequorea victoria nevű medúzában. A molekulát a most díjazott Osamu Shimomura nyerte ki (izolálta) elsőként az állatból, és rájött, hogy ultraibolya fény alatt zölden világít.

Az elmúlt évtizedekben ez a fehérje a biotechnológiai vizsgálatok egyik legfontosabb eszközévé vált. Martin Chalfie kutatásainak eredményeképpen kiderült, hogy a fehérje segítségével különféle, korábban érzékelhetetlen folyamatok jól láthatóvá tehetők, és követhetők az élő szervezeten belül. Ilyen például az idegsejtek fejlődése és vándorlása az agyban, vagy a tumorsejtek terjedése a szervezetben.

Hogyan lehetséges ez? Ma már rutineljárásnak számít, hogy a zöld fluoreszcens fehérjét kódoló gént egy másik, tanulmányozni kívánt, de önmagában láthatatlan fehérje génjéhez kapcsolják, majd ezt a génkombinációt juttatják be a kísérleti állatokba. Az összekapcsolt génekről keletkező fehérjék együtt maradnak, és a zöld fehérjének köszönhetően láthatóvá válik, hogy a vizsgálni kívánt fehérje hol bukkan fel a szervezetben. A kutatók így akár sejtek pusztulását (például az Alzeheimer-kór esetében) vagy új sejtek képződését is követni tudják.

Roger Y. Tsien munkája nyomán a vizsgálatokhoz választható színpaletta ma már nem csupán a zöldet tartalmazza, és a különböző színekkel összetettebb biológiai folyamatok is egyidőben követhetők.

Részletesebben a zöld fluoreszcens fehérjéről

A legtöbb világító élőlény a tengerben él, de nagyon jól ismert szárazföldi példák is vannak - ilyen a szentjánosbogár. Az állatok esetében a világításnak számos, a túlélést segítő szerepe van: a táplálék csalogatása, a támadó elijesztése, lehet továbbá párválasztási segédeszköz is, illetve akár egyszerre több funkciót is betölthet ezek közül. A világítás egyik alapvető mechanizmusa az úgynevezett fluoreszcencia.

Fluoreszcencia esetében az élőlény az előzőleg elnyelt fény (foton) energiáját sugározza ki. Nagyon sok festékanyag is fluoreszkál, ráadásul ez a folyamat nem a sötétben zajlik, ezért e világítási forma a biológiában általában kevésbé érdekes. Nemrégen azonban felfedeztek egy különleges fluoreszkáló fehérjét - a zöld fluoreszcens fehérjét -, amelynek kiváló alkalmazási lehetőségei vannak, és sokat beszélnek róla manapság a genetikai kutatások kapcsán.

A fehérjék önmagukban nem színesek. Ennek az az oka, hogy az őket alkotó aminosav-molekulák egyike sem nyeli el a látható fényt. A színes fehérjék ezért adalék festékanyagot tartalmaznak, amelyet a fehérjéhez kell kapcsolni. Ilyen például a zöld növényekben a klorofill, vagy a rodopszinban a retinal. Egészen a legutóbbi ideig azt hittük, ez alól nincs kivétel. Egy világító medúzát vizsgálva azonban kiderült, hogy fényét részben olyan fehérje adja, amely nem tartalmaz külön festékanyagot. Ezt nevezték el zöld fluoreszcens fehérjének (angol nevének rövidítése GFP).

A bőrben kifejeződő gének hatása

Lázas vizsgálatok kezdődtek. Megállapították, hogy a váratlan tulajdonság a fehérje különleges szerkezetéből ered: néhány aminosav-oldallánc igen közel kerül egymáshoz. Bár ezek külön-külön nem képesek elnyelni a fényt, együtt, szorosan egymás közelében úgy viselkednek, mint egy fényelnyelő festékmolekula. Az elnyelt fény energiáját újra kisugározva a fehérje világítani képes. A jelenség önmagában érdekes, de jelentőségét akkor tudjuk megérteni, ha felidézzük, hogy hogyan zajlanak mostanában a rendkívül aktív genetikai, génsebészeti kutatások.

A fehérjék gyártása aminosav-sorrendjüket kódoló génjük alapján rutineljárásnak számít. A géneket manapság szinte tetszőlegesen tudják módosítani is, és ha ezekről a génekről fehérje készül, mindig alapvető kérdés, hogy elkészült-e valóban a fehérje, hol van jelen a szervezetben stb. Színtelen fehérjéket csak nehézkesen lehet kimutatni.

Erre a problémára nyújt kiváló megoldást a GFP. A GFP génje ugyanis ismert, és hozzá lehet toldani a legyártani kívánt fehérje génjéhez. Ha ennek az összetett génnek a fehérjéjét is legyártjuk, a termék két egymáshoz kapcsolódott fehérje lesz: az eredetileg gyártani kívánt példány és hozzá kapcsolódva a GFP. Megjelöltük tehát a fehérjénket, csak rá kell világítani, és ha ott van, világít. Így azután a génsebészeti eljárások termékei könnyen vizsgálhatók. Az ekképpen módosított laboratóriumi állatok látványa egy kissé hátborzongató lehet, hiszen akár a bőrüket, szemüket alkotó fehérjékhez is hozzá lehet kapcsolni a zöld fluoreszcens fehérjét. (A részlet Ormos Pál: A fény a biológiában című, a Mindentudás Egyetemén magtartott előadásából származik.)