诺奖得主查尔菲:发光的⽔⺟,如何照亮科学?

作者: ⻢丁·查尔菲

来源: 转⾃公众号:赛先⽣

发布日期: 2023-12-03 11:50:13

诺奖得主⻢丁·查尔菲介绍了绿⾊荧光蛋⽩的发现及其在科学研究中的重要性。绿⾊荧光蛋⽩不仅改变了科学家的研究⽅式,还改变了普罗⼤众的⽣活。通过这种分⼦,科学家们能够检测和观察活体动物体内蛋⽩质和细胞的活性,以及基因的活性。文章详细讲述了绿⾊荧光蛋⽩的发现过程,以及它如何从⽔晶⽔⺟中被提取并应用于科学研究。

诺奖得主⻢丁·查尔菲对诺奖⼯作绿⾊荧光蛋⽩的介绍。绿⾊荧光蛋⽩,英⽂名Green fluorescent protein,简称为GFP。这是⼀个巧妙的分⼦,可以发出绿⾊的荧光。它到底有什么⽤?⼜是如何发现的呢?且听查尔菲教授⼀⼀道来。

观察是科学家进⾏研究的重要⼿段。他们会运⽤⼿中最先进的⼯具来观察,并试图理解⾃⼰感兴趣的现象。

对于科学家来说,他们总想超越前⼈的视界,因此,科学研究中的观察和测量往往充满了挑战性。现代成像技术的发展可使科学家们看到他们以前看不到的东⻄。在这篇⽂章中,我将为⼤家介绍成像领域的⼀项突破性技术。该技术基于⼀种叫做绿⾊荧光蛋⽩(GFP)的奇妙分⼦。正如其名,它会发光。绿⾊荧光蛋⽩不仅改变了我的⽣活,改变了众多其他科学家的⽣活,最终也改变了科学界之外普罗⼤众的⽣活。

除此之外,绿⾊荧光蛋⽩使我们能够检测和观察活体动物体内蛋⽩质和整个细胞的活性,并检测编码特定蛋⽩质的基因的活性。

查尔菲与下村修、钱永健教授因发现和改进绿⾊荧光蛋⽩(GFP)⽽获得2008年诺⻉尔化学奖。发光的⽔⺟⼀个不可思议的错误。你是否也曾⾜够幸运,欣赏到夏夜⾥漫天⻜舞的萤⽕⾍,亮若繁星?我们将萤⽕⾍产⽣光的现象称为⽣物发光(bioluminescence)。

除了萤⽕⾍,具有这种神奇能⼒的⽣物还包括发光蠕⾍以及某些种类的细菌和⻥。我们的故事就始于⼀种叫做⽔晶⽔⺟【⼜名⽔晶果冻⽔⺟,学名:维多利亚多管发光⽔⺟(Aequorea victoria)】的⽣物发光⽔⺟。

20世纪60年代,⼀位名叫下村修(Osamu Shimomura)的⽇本科学家想要了解具有⽣物发光功能的⽣物体的发光机制。他决定以产⽣绿光的⽔晶⽔⺟为研究对象。

下村修⼯作了整整⼀个夏天,试图让⽔晶⽔⺟的细胞发光,但都⽆功⽽返。⼀天晚上,实验室外已经漆⿊⼀⽚,下村修也准备下班回家吃晚饭。他把从⼜⼀次实验失败所得的⽔⺟蛋⽩样品丢进了实验室的⽔槽,关灯锁⻔。但就在准备离开的刹那间,他注意到⽔槽发出了蓝⾊的光。由于⽔槽中还有海⽔,下村修推断海⽔中⼀定有什么物质触发了光的产⽣。他很快意识到,触发⽔⺟蛋⽩质发光的是海⽔中的钙。

他将这种在⽔晶⽔⺟中发现蓝⾊发光蛋⽩命名为⽔⺟素(aequorin)。

在这⼀重⼤突破之后,下村修⼜不得不⾯临另⼀个“烧脑”的问题:为什么⽔⺟产⽣的光是绿⾊的,⽽⽔⺟素产⽣的光是蓝⾊的?在纯化⽔⺟素蛋⽩的同时,下村修还在寻找其他能让⽔晶⽔⺟发出绿光的物质。最终,他发现了另⼀种蛋⽩质。它是⼀种荧光分⼦,能吸收蓝光并将其转换成绿光,不管蓝光是来⾃⽔⺟素还是⼿提灯。

这⼜是⼀个惊⼈的发现,因为当时没有⼈知道世上还有可以发荧光的蛋⽩质。下村修最初称其为绿⾊蛋⽩,现在我们称其为绿⾊荧光蛋⽩(green fluorescent protein),简称GFP。这个故事再⼀次表明,许多科学发现是相当偶然的。就像下村修⼀样,科学家要做的事情就是注意到这些偶然的现象,为之惊奇并进⾏深⼊研究。

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