Zelený fluorescenční protein (GFP) je a protein který se přirozeně vyskytuje v EU MedúzaAequorea victoria. Čištěný protein se za běžného osvětlení zdá žlutý, ale za slunečního nebo ultrafialového světla svítí jasně zeleně. Protein absorbuje energetické modré a ultrafialové světlo a emituje ho jako zelené energetické světlo s nižší energií pomocí fluorescence. Protein se používá v molekulární a buněčné biologii jako marker. Když je zaveden do genetického kódu buněk a organismů, je to dědičné. Díky tomu byl protein nejen užitečný pro vědu, ale také zajímavý pro výrobu transgenních organismů, jako jsou fluorescenční ryby pro domácí zvířata.
Křišťálová medúza, Aequorea victoria, je obojí bioluminiscenční (svítí ve tmě) a fluorescenční (záře v reakci na ultrafialové světlo). Malé fotografické orgány umístěné na deštníku medúzy obsahují luminiscenční protein aequorin, který katalyzuje reakci s luciferinem, aby uvolnil světlo. Když aequorin interaguje s Ca2+ ionty, vzniká modrá záře. Modré světlo dodává energii, aby GFP svítil zeleně.
Osamu Shimomura provedl výzkum bioluminiscence A. victoria v 60. letech. Byl první osobou, která izolovala GFP a určila část proteinu zodpovědnou za fluorescenci. Shimomura odřízl zářící prsteny milion medúzy a mačkal je gázou, aby získal materiál pro jeho studium. Zatímco jeho objevy vedly k lepšímu pochopení bioluminiscence a fluorescence, tento zelený fluorescenční protein divokého typu (GFP) byl příliš obtížný na to, aby měl mnoho praktických aplikací. V roce 1994 byl GFP klonováno, aby byl dostupný pro použití v laboratořích po celém světě. Vědci našli způsoby, jak vylepšit původní protein, aby se rozzářil v jiných barvách, zářil jasněji a specificky interagoval s biologickými materiály. Obrovský dopad bílkovin na vědu vedl k Nobelově ceně za rok 2008 v chemii, udělené Osamuovi Shimomura, Marty Chalfie a Roger Tsien za „objev a vývoj zeleného fluorescenčního proteinu, GFP. “
Nikdo ve skutečnosti nezná funkci bioluminiscence nebo fluorescence v krystalové želé. Roger Tsien, americký biochemik, který sdílel Nobelovu cenu za chemii v roce 2008, spekuloval medúza by mohla být schopna změnit barvu své bioluminiscence ze změny tlaku jeho hloubka. Populace medúzy v páteční přístav ve Washingtonu však utrpěla kolaps, což ztěžovalo studium zvířete v jeho přirozeném prostředí.
Zatímco význam fluorescence pro medúzy není jasný, účinek proteinu na vědecký výzkum je ohromující. Malé fluorescenční molekuly bývají toxické pro živé buňky a jsou negativně ovlivněny vodou, což omezuje jejich použití. GFP, na druhé straně, lze použít k vidění a sledování proteinů v živých buňkách. To se provádí připojením gen pro GFP na gen proteinu. Když je protein vytvořen v buňce, je k němu připojen fluorescenční marker. Svítící světlo v buňce způsobuje, že protein svítí. Fluorescenční mikroskopie se používá k pozorování, fotografování a filmování živých buněk nebo intracelulárních procesů, aniž by do nich zasahovalo. Tato technika pracuje na sledování viru nebo bakterií při infikování buňky nebo na označování a sledování rakovinných buněk. Stručně řečeno, klonování a rafinace GFP umožnilo vědcům prozkoumat mikroskopický živý svět.
Vylepšení v GFP ji učinily užitečným jako biosenzor. Modifikované proteiny působí jako molekulární stroje, které reagují na změny v pH nebo koncentrace iontů nebo signál, když se proteiny vážou k sobě. Protein může signalizovat vypnutí / zapnutí tím, zda fluoreskuje nebo může vyzařovat určité barvy v závislosti na podmínkách.
Vědecké experimenty nejsou jediným využitím zeleného fluorescenčního proteinu. Umělec Julian Voss-Andreae vytváří proteinové plastiky založené na barelovité struktuře GFP. Laboratoře začlenily GFP do genomu různých zvířat, některé pro použití jako domácí zvířata. Yorktown Technologies se stala první společností, která uvádí na trh fluorescenční zebrafish jménem GloFish. Živě zbarvené ryby byly původně vyvinuty ke sledování znečištění vody. Mezi další fluorescenční zvířata patří myši, prasata, psi a kočky. K dispozici jsou také zářivky a houby.