熒光蛋白

熒光蛋白在某種定義下可以説是革新了生物學研究——運用熒光蛋白可以觀測到細胞的活動，可以標記表達蛋白，可以進行深入的蛋白質組學實驗等等。特別是在癌症研究的過程中，由於熒光蛋白的出現使得科學家們能夠觀測到腫瘤細胞的具體活動，比如腫瘤細胞的成長、入侵、轉移和新生。

最早出現的綠色熒光蛋白（green fluorescent protein,GFP）是由下村修等人在1962年在一種學名Aequorea victoria的水母中發現，之後又在海洋珊瑚蟲中分離得到了第二種GFP。其中水母GFP是由238氨基酸組成的單體蛋白質，分子量約27KD，GFP熒光的產生主要是在氧氣存在下，分子內第67位的甘氨酸的酰胺對第65位絲氨酸的羧基的親核攻擊形成第5位碳原子咪唑基，第66位酪氨酸的α-2β鍵脱氫反應之後，導致芳香團與咪唑基結合，這樣GFP分子中就形成對羧基苯甲酸唑環酮生色團發出熒光。在搞清楚了這一原理後，GFP被廣泛的應用到生物學研究中了，各個廠家如Promega公司、Stratagene公司（包括來自香港中文大學的橙色蛋白製備技術）、Clontech公司（現屬Takara公司）等都出產了相應的產品。

但此前穿透性最強的熒光蛋白質也不能幫助研究者看到活體生物體皮下更深層的狀況。現在，隨着俄羅斯科學院的Dmitriy Chudakov最近培育出穿透性極強的深紅色熒光蛋白質，利用熒光蛋白質進行的生物研究領域將出現重大突破。

2008年，美籍華裔科學家錢永健，因研究綠色熒光蛋白方面的突出貢獻而獲諾貝爾獎

Chudakov是抓住一個偶然的機會從而培育出這種穿透性超強的深紅色熒光蛋白質的。他的一個同事在逛莫斯科寵物商店時發現了一隻顏色深紅的海葵，出於職業的直覺，他將海葵帶了回來；然後，他們對海葵的熒光蛋白質分子進行誘變，最終得到了一種能夠在生物體內穩定存在，同時能發出更明亮紅光的蛋白質。Chudakov已在人體細胞和青蛙身上測試了這種新的熒光蛋白質。在動物實驗中，他發現從外界就可以明顯看到這種深紅色熒光蛋白質從小動物肌肉組織深處發出的亮光，而同種處於肌肉組織深處的一般熒光蛋白質發出的光則幾乎看不見，Chudakov準備下一步在白鼠身上實驗這種熒光蛋白質。

斯坦福大學分子影象中心的科學家Zhen Cheng對這項發現評價道：“紅色光對生物體組織的穿透性遠勝於其他顏色，正因為此，目前有很多科研人員都在努力培育具有高穩定性的紅色熒光蛋白質，但截至目前尚沒有哪一個比Chudakov培育出的熒光蛋白質更穩定、更明亮，Chudakov培育出的這種深紅色熒光蛋白質將大大提高生物體活體成像的質量，並在實時追蹤活生物體內深層組織的分子活動上得到廣泛的應用”。

同一般熒光蛋白質相比，這種深紅色熒光蛋白質能釋放出波長更長的光，因而能更好地用於活體動物內臟的深度成像，從而有助於研究人員在活生物體身上非侵入式地進行癌細胞發展和治療過程的實時研究，使我們對癌症等疾病的發病過程有更深入的瞭解。而一般熒光蛋白質由於穿透性比較弱，研究人員研究時不得不將腫瘤移植到皮下淺層或其他模擬環境下（如活體解剖成像或活體組織切片成像）進行研究。此前最為成功的熒光蛋白質是一種增強的綠色熒光蛋白質，但其穩定性差，光的穿透性也不如新發現的深紅色熒光蛋白質好。

Cheng還預測道，深紅色熒光蛋白質可能最終會用於臨牀治療。儘管深紅色熒光蛋白質的光不足以對整個人體進行成像，但可能應用於對人體皮下相對淺層腫瘤的成像，如黑色素瘤和乳腺癌。

研究人員用特殊處理的熒光蛋白植入老鼠的腦細胞，這些熒光蛋白能夠“點亮”神經元，從而使研究人員能夠研究大腦是如何處理信息的。該技術被命名為腦彩虹，它的產生讓神經科學家們第一次有機會從內部研究活體大腦。當外界信息湧入大腦時，腦彩虹讓神經科學家們更加了解神經迴路是如何加工信息的。

這項技術源自水母的熒光蛋白質的利用。科學家們發現，把熒光蛋白注入生物大腦可以點亮大腦內部細胞。神經科學家卡爾-施科納維在《人類發明》的訪問中稱：“綠色熒光蛋白在一種綠色水母中發現，人們一直好奇為何它是綠色的。經過多年的研究，人們計算出這種綠色熒光蛋白的基因編碼。”通過使用非常普通的基因工程技術，你就可以將這種基因植入研究對象的任何細胞，從而使細胞呈現出綠色。綠色熒光蛋白最突出的作用是應用於實驗鼠的活體大腦，這樣，你就可以在實驗鼠生長時研究它們的腦部了。

自綠色熒光蛋白首次使用以來，科學家們還繼續開發了各種色彩的熒光蛋白，這些熒光蛋白嵌入神經元以後，單個細胞在“叢林”中顯得更加突出。 ^[1] 

2012年12月11日，大阪大學教授永井健治領導的研究小組日前研發出一種可自主發光的蛋白，植入這種蛋白的癌細胞在實驗鼠體內肉眼可見，這種發光蛋白未來或可應用到癌症的早期診斷中。此前的綠色熒光蛋白必須用紫外線照射才能發光，而這種新蛋白可自主發出亮光，有望在早期癌症診斷中發揮作用。

研究人員將一種水母的發光蛋白與熒光蛋白相結合，研發出一種可自主發出明亮光線的新型蛋白。將含有這種蛋白的癌細胞移植到實驗鼠體內，觀測其在暗箱中的運動情況，可肉眼辨認出明顯發光的癌細胞。

綠色熒光蛋白是當代生物學的重要“標識”工具，2008年，日本科學家下村修、美國科學家馬丁·沙爾菲和美籍華裔科學家錢永健因在發現和研究綠色熒光蛋白方面做出貢獻而分享今年的諾貝爾化學獎。

下村修出生於日本京都府，1960年獲得名古屋大學理學博士學位後赴美，先後在美國普林斯頓大學、波士頓大學和伍茲霍爾海洋生物實驗所工作。他1962年從一種水母中發現了熒光蛋白，被譽為生物發光研究第一人。

馬丁·沙爾菲現年61歲，美國哥倫比亞大學生物學教授，他獲獎的主要貢獻在於向人們展示了綠色熒光蛋白作為發光的遺傳標籤的作用，這一技術被廣泛運用於生理學和醫學等領域。諾貝爾獎評審委員會説，這種蛋白已經成為同時代生物科學研究最重要的工具之一。

錢永健1952年出生於美國紐約，現為美國加州大學聖迭戈分校生物化學及化學系教授、美國國家科學院院士、國家醫學院院士，2004年沃爾夫獎醫學獎得主。錢永健的主要貢獻在於利用水母發出綠光的化學物來追查實驗室內進行的生物反應，他被認為是這方面的公認先驅。 ^[2]