Зеленые флуоресцентные белки

Я смотрела по телевизору поразительный документальный фильм о том, что летом птица, у которой желудей или лесных орехов больше, чем ей нужно для пропитания, закапывает их в каком-то месте, потом проходят месяцы, выпадает снег, покрывающий землю на метр в высоту, на земле не остается ни камня, ни кустика, которые могли бы ей служить указателем, все остается под снегом, но птица удивительным образом находит спрятанную ранее пищу, выкапывает ее из земли и съедает. На сегодняшний день благодаря технологии GPS (система глобального позиционирования), которая частично схожа с этой способностью животных находить то или иное место, мы можем легко найти любое место на поверхности земли.
Благодаря этой технологии людей, потерявшихся в горах, пещерах, морях, можно отследить и найти на самолетах и вертолетах. В городе можно мгновенно определить, где находится та или иная машина. Родители, которые волнуются и внимательно относятся к тому, где находятся их дети, могут легко отследить их местоположение.
Однако когда вопрос касается слежения за чудесным образом двигающимися молекулами сложных веществ или микроструктурами в наших клетках, дело усложняется. Размер наших клеток и внутриклеточных структур определяется в микро и наноединицах. В связи с этим их сложно изучать и получать изображения при помощи знакомых нам инструментов. Мы можем видеть невооруженным глазом крохотные отверстия (поры) в нашей коже, однако кадгерины – молекулы клеточной адгезии, обеспечивающие соединение клеток в плотных тканях организма, можно наблюдать только через электронный микроскоп. Ученые мечтают о возможности наблюдать за деятельностью, происходящей в нашем организме, и фотографировать внутриклеточные химические изменения. Многие исследователи работают над тем, как можно при помощи метки, маркера или молекулы-транспортера сделать микро и наномиры видимыми. Для этого в вещество, которое требуется изучить, добавляют молекулу, которую можно видеть или фотографировать благодаря тому, что она излучает свет. Таким образом, благодаря этому световому обозначению невидимые объекты можно сделать видимыми.
Известно, что некоторые живущие в морях организмы испускают разного цвета свет. Это свечение живых организмов, возникающее в результате определенных биохимических реакций, называется биолюминесценцией. Биолюминесценция наблюдается у многих живых организмов, живущих в морях на большой глубине, а также у светлячков и некоторых видов грибов. В ходе биолюминесценции, которая подразделяется на два вида флуоресценцию и фосфоресценцию, живые организмы, имеющие специальные белки, производят свет, одна часть которого поглощается, а другая отражается. Зеленые флуоресцентные белки, которые в 1960-х были изолированы и выделены у медузы, открыли новые возможности в сфере маркирования человеческих клеток и их изображения. Ученые, которые определили химическую структуру этих молекул, получили в 2008 году Нобелевскую премию по химии. Одним из самых значимых живых организмов, обладающих зелеными флуоресцентными белками, является медуза Aequorea victoria. Этот белок, который, как было обнаружено, испускает зеленый свет, был впервые получен химическим путем из медузы в 1962 году Осаму Симомурой и его командой. На сегодняшний день эти зеленые флуоресцентные белки широко используются в молекулярной биологии и биохимии. Эти белки, применяемые в качестве маркеров для генов и клеток, были также внедрены в гены для определения количества этих генов в различных организмах.
В связи с тем, что они показывают гены и белки в живых клетках, их называют маркерами. Например, белок GAD67 (глутаматдекарбоксилаза) выполняет важные функции в головном мозге. GAD67 отвечает за производство некоторых передающих информацию молекул, участвующих в процессе обмена сообщениями в нервной системе. Для того чтобы увидеть наличие GAD67 в том или ином месте в мозге и нервной системе, сначала в клетку в качестве маркера вводится зеленый флуоресцентный белок. Затем, используя связанные с зеленым флуоресцентным белком антитела, проводят исследования под микроскопом. Если в исследуемой ткани есть GAD67, то благодаря тому, что зеленый флуоресцентный белок к нему присоединяется, мы можем видеть GAD67, окрашенный в зеленый свет, как на рисунке. На самом деле мы видим не GAD67, а зеленый флуоресцентный белок, присоединившийся к нему в качестве маркера. Таким образом то, что мы не можем видеть, становится видимым.
Белки такого типа, представляющие собой гигантские молекулы со сложной структурой, имеют особую геометрию и рисунок, являются совершенными структурами, которые не могли появиться случайно и несомненно были синтезированы при участии мудрости и могущества Всемогущего Творца. В то время как даже для выведения математической модели такого рода молекулярных структур требуется приложить немало усилий, другая молекула другого цвета, производимая другим живым организмом, помогает ученым легко проводить исследования. Таким образом, можно понять, работают ли гены, играют ли они активную роль в производстве белков. Можно отслеживать клеточные связи, наблюдать за реакциями между белками и выявлять механизмы, подающие сигнал. То, что для свечения зеленым флуоресцентным белкам не нужно никакое другое вещество (ионы металла, фосфаты и т.д.) кроме кислорода, является еще одним преимуществом. Исследования, в которых используются излучающие под воздействием ультрафиолетовых лучей зеленый свет белки, можно легко проводить при помощи микроскопа. Спектр поглощения света зеленого флуоресцентного белка находится в границах от 395 нм до 470 нм. Данный промежуток находится в границах световых волн, различаемых человеческим глазом. Излучение обычных белков равно 300 нм и невооруженным глазом не видно. И здесь мы еще раз можем видеть проявление мудрости Всевышнего при сотворении. Почему в то время как другие белки излучают невидимый глазу свет в 300 нм, зеленый флуоресцентный белок испускает свет в 450 нм, который можно видеть? Это может быть не иначе как милостью бесконечно милостивого Создателя. Производимая медузой молекула служит тому, чтобы помочь людям в их генетических исследованиях. Кто знает, сколько еще таких полезных зеленых флуоресцентных белков было создано. Многие их них все еще ждут, чтобы их открыли.

Применение зеленых флуоресцентных белков
После 1970 года зеленые флуоресцентные белки стали использоваться в качестве маркеров при проведении исследований в таких областях, как клеточная биология, биохимия и наука о материаловедении. С этой точки зрения, зеленый флуоресцентный белок привел к началу новой эры во внутриклеточных исследованиях (в живом организме). При проведении внутриклеточных исследований бактерий, нематодов (круглые черви), жуков и млекопитающих именно этот метод помогает пролить свет на системы биохимического функционирования живых организмов. Например, зеленый флуоресцентный белок используется в процессе наблюдения за раскрытием генов в ходе развития эмбрионов, за распространением раковых метастазов в печени человека. Цепочка раковых клеток создает очень яркий зеленый свет, что позволят с легкостью определять их. Зеленый флуоресцентный белок также используется для определения генов растений, с которыми связано возникновение некоторых вирусов растений, для отслеживания развития цветочной пыльцы. Вместе с этим белок также полезен при отслеживании передачи генов животным и растениям. Дай Бог в ближайшем будущем благодаря флуоресцентным белкам, присоединенным к раковым клеткам, во время операции раковые клетки станут видимыми, что позволит проводить такого рода операции более точно. У наземных животных спектр поглощения света и его цвета отличаются в сравнении с морскими животными. Живые организмы, обитающие в море, излучают световые волны длиной в 450-490 нм. Мудрость того, что медузы, из которых выделены флуоресцентные белки, открывшие новый этап в визуализации молекул, излучают свет, заключается в том, чтобы адаптироваться к области их обитания и привлечь к этому свету маленьких рыб, служащих им пропитанием. Несмотря на то, что экворин, которым обладают не имеющие органов зрения и лишенные способности видеть медузы, излучает синий свет, это синие свечение превращается в зеленое, что снижает риск того, что медузу заметят ее враги. Очевидно, что все эти обладающие скрытым смыслом явления никак не могут быть объяснены простой случайностью. В то время как при изучении живых организмов мы только частично познаем скрытую в них мудрость, очевидно, что еще тысячи других знаний все еще остаются скрытыми от нас.