GFP:荧光蛋白的起源

发布网友发布时间：2024-10-11 23:25

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热心网友时间：2024-10-14 12:44

绿色荧光蛋白（GFP）是一个约由238个氨基酸构成的蛋白质，其在蓝光到紫外线的照射下能发出稳定的绿色荧光。GFP的抗光漂白能力比荧光素强，因而广泛应用于分子标记以及砷和某些重金属的传感器。

1962年，下村修和约翰逊在一篇关于水母素的文章中首次发现了荧光蛋白（GFP），这标志着生物发光研究的开端。2008年，日本科学家下村修、美国科学家马丁·查尔菲和钱永健因发现和改造绿色荧光蛋白获得了诺贝尔化学奖。下村修在1955年发现了水母可以发出绿光，但由于未深入研究，错失了获得诺贝尔奖的机会。1956年，他从海萤体内提取出一种蛋白质，其发光亮度惊人。下村修因此被授予博士学位，并在美国普林斯顿大学学者弗兰克·约翰逊的邀请下前往美国工作。1962年，下村修和约翰逊在论文中提到发现了一种在阳光下呈绿色、钨丝下呈黄色、紫外光下发强烈绿色的蛋白质，这就是后来著名的绿色荧光蛋白GFP。

1969年，哈佛大学的伍迪·哈斯廷和詹姆斯·莫林在研究腔肠动物发光蛋白质时再次发现了绿色荧光蛋白，并将其命名为“Green Fluorescent Protein”，简称GFP。1979年，下村修阐明了GFP发光部分的化学构造，但他当时认为这项发现没有多大实际应用价值。直到1992年，格拉斯·普拉舍从多管水母的DNA中分离出GFP基因，并对其进行了复制与测序，为GFP在异源生物体中的表达奠定了基础。普拉舍未能获得后续研究经费，遗憾离开科研领域，但在离开前将GFP质粒赠予了马丁·查尔菲和钱永健。

1993年，钱永健开始改造GFP基因，筛选出激发峰和荧光强度得到优化的GFP衍生物，包括增强型绿色荧光蛋白以及青色、黄色、红色等荧光蛋白。1994年，Science杂志以封面文章形式刊发了马丁·查尔菲关于在线虫体内表达GFP的论文，标志着GFP在活细胞示踪研究中的应用。此后，GFP被广泛应用于病毒、酵母、植物、小鼠以及人类等各种生物的研究，使它们在生活状态下被赋予颜色，照亮了生物学研究的未来。

GFP带来的最典型应用是脑虹研究。2007年，研究人员将红黄蓝三种荧光色素嵌入老鼠基因组，成功为老鼠的不同细胞涂上不同颜色，揭示了大脑内细胞的交织画面。荧光蛋白在单个神经元细胞中的应用，如连接感应电压或钙离子浓度变化的荧光蛋白，允许科学家观察到神经元在大脑活动时发出的闪光。利用钙离子指示剂GCaMP6F荧光蛋白，研究者在斑马鱼大脑背侧皮层神经元活动的记录中取得了突破，实现无创多导睡眠描记术，并在不切开动物或植入电极的情况下观察其大脑和身体内部的其他活动。

GFP在发育生物学、细胞生物、神经生物学、肿瘤病理学、心脑血管等研究领域中发挥着关键作用，成为当代科学和医学领域最重要的工具之一。它们从显微水平上照亮了生命的研究，使科学家能够深入理解生命过程。