Valoproteiini mullisti elävien solujen tutkimuksen ja helpotti geeninsiirtojen seuraamista.

TEKSTI:Petri Riikonen


Sisältö jatkuu mainoksen alla

Valoproteiini mullisti elävien solujen tutkimuksen ja helpotti geeninsiirtojen seuraamista.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

4/2001


 


Todella vallankumoukselliset uudet menetelmät ovat biologiassa sen verran harvinaisia, että ne kannattaa panna merkille. Näin yhdysvaltalainen Science & Medicine -lehti ylisti viime vuonna solututkijoiden nykyistä suursuosikkia: vihreänä fluoresoivaa proteiinia eli GFP:tä (green fluorescent protein).

GFP:tä tuottava geeni eristettiin vuonna 1992 Aequorea victoria -meduusasta, joka elää pohjoisessa Tyynessämeressä. Häirittäessä meduusa turvautuu bioluminesenssiin eli alkaa hohtaa vihreänä. On epäselvää, kuinka meduusa itse oikeastaan hyötyy kyvystään, mutta tutkijat olivat heti valmiita ottamaan valoproteiinista ilon irti.

1994 raportoitiin ensimmäisistä onnistuneista kokeista, joissa GFP-geeni siirrettiin muiden eliöiden soluihin. Kun niitä valaistiin sinisellä tai ultravioletilla valolla, ne hehkuivat voimakkaasti vihreinä. Pari vuotta myöhemmin geeniä käytettiin jo tuhansissa laboratorioissa eri puolilla maailmaa.

Haluttiin katsoa, ei koskea

GFP on vastaus biotutkijoiden vanhaan ongelmaan: miten seurata elävien kudosten ja solujen toimintaa häiritsemättä ja vahingoittamatta niitä.

Soluja ja koko elimistöä pitävät käynnissä geenien tuottamat erilaiset proteiinit. Ne muodostavat solujen tukirakenteen ja liikuntakoneiston. Entsyymiproteiinit säätelevät solujen kaikkia tapahtumia. Siksi tutkijoita kiinnostaa, missä mitäkin proteiinia syntyy ja missä kaikkialla valmista proteiinia on.

Näitä kysymyksiä ratkotaan lähivuosikymmeninä massakaupalla, kun tutkitaan muun muassa hiiren ja ihmisen koko genomin toimintaa. Pääosa perimän toiminnasta on nimittäin juuri proteiinien tuottoa.

Vanhastaan proteiineja on nähty soluissa "leimaamalla" eli värjäämällä tutkimushetkellä soluissa olevat proteiinit jollakin merkkiaineella, joka erottuu mikroskoopilla. Tämä on kuitenkin edellyttänyt solujen häiritsemistä tai jopa tappamista, joten niiden normaalitoiminnoista on nähty vain eräänlaisia värjäyksen pysäyttämiä still-kuvia.

Jo 1980-luvun alussa tutkijoille tuli mieleen, miten paljon auttaisi, jos proteiinit saataisiin hohtamaan valoa. Silloin niitä voitaisiin tarkkailla mikroskoopilla pitkiä aikoja vahingoittamatta soluja, ja kokonaisia solunsisäisiä tapahtumasarjoja voitaisiin seurata eheinä.

Ajatus oli hyvä, mutta se ei vaikuttanut toteuttamiskelpoiselta. Valaisevan proteiinin geeni olisi kyllä osattu yhdistää tutkittavaa proteiinia tuottavaan geeniin. Pulmana kuitenkin oli, että kaikki silloin tunnetut valaisevat proteiinit tarvitsivat valolähteekseen erillisiä, fluoresenssia synnyttäviä pigmenttejä - ja pigmenttien tuotto vaati noin 20 muuta geeniä, jotka nekin olisi pitänyt siirtää.

GFP valaisee ilman apua

Meduusan valoproteiini muutti koko tilanteen. GFP ei nimittäin tarvitse pigmenttejä avukseen, vaan proteiini itse tuottaa sinisen tai ultravioletin valon ärsyttämänä vihreää fluoresenssia. Nyt tutkijoiden tarvitsi vain eristää tutkimansa proteiinin geeni ja yhdistää se dna-tekniikalla GFP-geeniin. Yhdistelmä siirrettiin viljeltyihin soluihin tai kokonaiseen eliöön. Sitten tutkittavan proteiinin synty ja liikkeet nähtiin vihreän valon perusteella.

GFP:stä on sittemmin kehitetty muunnoksia, jotka fluoresoivat vihreän sijasta esimerkiksi punaisina tai keltaisina. Hohdetta on myös saatu muokattua entistä kirkkaammaksi. Tämän väripaletin avulla tutkijat voivat nyt seurata usean eri proteiinin toimintaa samassa elävässä solussa.

Vuodesta 1994 lähtien GFP-geenejä on siirretty muun muassa bakteereihin, hiivoihin, limasieniin, kasveihin, banaanikärpäsiin, seeprakaloihin ja nisäkkäiden soluihin.

Viime aikoina GFP:llä on myös tarkkailtu geeninsiirron onnistumista kokonaisissa nisäkkäissä, kuten hiirissä ja kaniineissa.

Yksi tuoreista GFP-tuttavuuksista on ensimmäinen siirtogeeninen kädellinen: reesusapina Andy (ks. Tiede 2/01, s. 9). Tosin Andy ei hohda vihreänä, sillä vaikka geeni siirtyi, se ei ole Andyssa toiminnassa, eli valoproteiinia ei synny. Siirron onnistuminen nähtiinkin vasta, kun Andystä otettuja soluja värjättiin dna-koettimella, joka tarttui GFP-geenin dna:han.

Sisältö jatkuu mainoksen alla