Jak souvisí světélkující klobouk medúzy s Nobelovou cenou za chemii? Příběh letošních laureátů začal na americkém břehu Atlantiku.
Kouzelné brýle. I tak lze charakterizovat možnosti světélkující bílkoviny, díky které si mohou biologové přát skoro nemožné. Pozorovat, jak se chovají buňky v mozku myši, když hlodavec řeší nějaký úkol. Monitorovat děje uvnitř zhoubného nádoru. Sledovat vývoj Alzheimerovy nemoci v mozku nebo růst patogenních bakterií.
Možností, jak a co pozorovat přímo v živé buňce a v reálném čase, jsou tisíce. Poznatky získané Japoncem Osamu Šimomurou a postup vyvinutý a zdokonalený Američany Martinem Chalfiem a Rogerem Tsienem v současné době využívají ve světě tisíce laboratoří.
Sliz v laboratoři Cesta ke kouzelným brýlím začala v roce 1960. Tehdy přijel dvaatřicetiletý Japonec Osamu Šimomura do amerického Princetonu a krátce poté začal stříhat medúzám okraje klobouků. Chtěl zjistit, jaká látka způsobuje světélkování. V pátrání po bioiluminátorech měl praxi už ze své domoviny, kde jako mladý asistent dostal za úkol prakticky totéž, ovšem u korýšů. Když uspěl v zemi vycházejícího slunce, přišla nabídka na práci v Princetonské univerzitě.
Šimomura ořezal podle svého odhadu okraje klobouků asi u jednoho milionu medúz. Rosolovitou hmotu lisoval, sliz cedil přes hedvábí a v laboratoři pilně analyzoval. Zjistil, že okraj klobouku obsahuje bílkovinu, která poté, co na ni dopadne modré světlo, začne zeleně světélkovat. Bílkovinu nazval green fluorescent protein (GFP).
Málem zůstal u ledu Objev zůstal několik let prakticky nepovšimnutý. Možná by dokonce upadl v zapomnění, kdyby nepřišla náhoda. Jednoho dne roku 1988 Američan Martin Chalfie z Kolumbijské univerzity poslouchal výklad na semináři o bioiluminačních látkách. Přednášející se zmínil také o GFP. Lektor poté pokračoval o dalších látkách, ale to už neurobiolog Chalfie nevnímal.
Okamžitě se zabýval myšlenkami, k čemu by se zeleně světélkující bílkovina mohla hodit. A přišla další náhoda. Chalfie měl právě rozpracovaný projekt o výzkumu nervových buněk červa Caenorhabditis elegans. Tento jednoduchý organismus je průhledný, takže lze pozorovat jeho útroby pod mikroskopem. Jenže vidět neuron byť v přímém přenosu ještě neznamená porozumět jeho chování. V každé buňce jsou totiž tisícovky bílkovin, mezi nimiž dochází k mnoha jevům, které ovlivňují život buňky. Ovšem proteiny jsou tak miniaturní, že je nelze pozorovat ani pod elektronovým mikroskopem. Amerického neurobiologa napadlo navázat gen ovládající tvorbu GFP na gen kódující bílkovinu v nervových buňkách. Kdyby potom neurony ozářil modrým světlem, mohl by spatřit bílkoviny obohacené GFP.
Po nějaké době se Chalfie dozvěděl, že geny zeleně světélkující bílkoviny přečetl a bílkovinu také naklonoval Douglas Prasher. Jednu kopii na vyžádání poslal Chalfiemu k pokusům. Ten pak společně s doktorandkou Giou Euskirchenovou prokázal, že světélkování vyvolává pouze GFP a žádný další protein není potřeba.
Pokračování na straně 26
Dokončení ze strany 25
Na scénu pak přichází nejmladší z letošních laureátů Nobelovy ceny za chemii, Američan čínského původu 56letý Roger Tsien. Ač benjamínek, posunul využití GFP v biologických vědách o několik řádů výše. Přišel totiž na způsob, jak rozšířit spektrum, v němž protein světélkuje, o modrou, modrozelenou a žlutou barvu.
Vědci tak mohou každou bílkovinu, o kterou mají zájem, obarvit jinak a sledovat jejich vztahy a chování současně. V „zelené éře“ museli každou monitorovat zvlášť. Stopař molekul v barvách připomínajících duhu otevřel dveře k téměř neuvěřitelným aplikacím.
Špatné vyhlídky pro malárii Pracovníci Harvard Brain Center vytvořili transgenní myši, v jejichž mozku fluoreskuje mnohabarevný rej neuronů. „Fotografie, které otiskl 1. listopadu loňského roku časopis Nature, by mohly být umístěny v Muzeu moderního umění,“ uvádí na svých webových stránkách Osamu Šimomura. Ovšem barevný efekt není tím hlavním přínosem. Možnost rozeznat jednotlivé neurony má podle něho potenciál způsobit revoluci v neurobiologii.
Myš nazývaná „brainbow“ vyvolá v neurovědách podobné účinky jako Google Earth v kartografii. Vědci časem vytvoří podrobnou mapu neuronových obvodů, a lépe se tak vyznají v jejich složité síti. Pak už bude reálné rozpoznat vadnou „instalaci“ charakteristickou pro neurogenerativní choroby, jako například Alzheimerovu a Parkinsonovu.
Špatné vyhlídky kynou také malárii, kterou podle odhadů Světové zdravotnické organizace ročně onemocní 300 až 500 milionů osob a více než jeden milion lidí zemře. Průlom v boji s touto chorobou může přinést vznik komára s fosforeskujícími varlaty.
Výzkum na toto téma vypadá na první pohled podivně, ale díky němu lze rozeznat larvu mužského pohlaví. Laserový třídicí stroj oddělí 180 tisíc larev za deset hodin. Jakmile jsou eliminovány, je už celkem snadné sterilizovat budoucí pány-komáry a vypustit je do přírody. Tam pak zmatou samičky natolik, že nevznikne další generace šiřitelů nebezpečného prvoka. Pokud se podaří vytvořit dostatečně početnou populaci neplodných komárů, může být malárie v krátké době výrazně potlačena.
