생명의 색
바다에는 아름답고 마법 같은 해파리가 있습니다. 해파리는 수생 무척추 연체 동물의 고대 그룹입니다. 대부분의 해파리는 다채로운 우산 몸체와 스스로 빛을 발산하는 능력을 갖고 있어, 흔들리는 바닷물을 보완하고 종종 사람들의 상상력을 자극하는 하늘색 형광을 조금씩 발산합니다. 해파리의 빛나는 능력이 어떻게 진화했는지는 아무도 모릅니다. 이 아름다운 바다 엘프는 전 세계 바다에서 발견되며 별처럼 광대한 수중 세계에 점을 찍습니다. 수백만 년 동안 이 아름다운 해파리는 빛의 사자처럼 시인, 화가, 사진작가의 작품에 등장하며 인류 예술의 역사에 한 줄기 빛을 더해 왔습니다.
▲에쿼리아 빅토리아 해파리
20세기 중반이 되어서야 일본의 과학자 시모무라 오사무가 해파리의 독특한 발광 현상을 발견하고 연구하기 시작했으며, 그 형광은 A 발광 단백질인 에쿼린(aequorin)에서 유래하며, 청색 형광을 방출하고 이를 다른 녹색 형광 단백질로 전달하여 궁극적으로 해파리가 녹색 형광을 생성하게 합니다. 이후 마틴 찰피(Martin Chalfie)와 치안 용젠(Qian Yongjian)이라는 두 명의 과학자가 GFP를 변형, 활용하여 생명과학 전 분야에 성공적으로 도입함으로써 생명과학 분야의 세포 및 단백질 연구 기술에 큰 혁명을 일으켰습니다. 지금까지 변형된 형광 단백질을 사용하여 살아있는 세포를 표지하는 방법은 전 세계 실험실에서 널리 추진되었으며, 시모무라 오사무(Osamu Shimomura), 마틴 찰피(Martin Chalfie) 및 용젠 첸(Yongjian Qian)도 큰 공헌으로 2008년 노벨 화학상을 수상했습니다. . 아래에서는 에쿠오린과 녹색형광단백질, 그리고 인류과학의 동시 발전의 영광스러운 역사를 차근차근 소개하겠습니다.
▲2008년 스웨덴 왕립과학원은 일본 과학자 시모무라 오사무(왼쪽에서 첫 번째), 미국 과학자 마틴 챌피(가운데), 중국계 미국인 과학자 치안 용젠(세 번째)에게 노벨 화학상을 수여했다. 왼쪽부터)
에쿼린 발견 이야기
시모무라 오슈는 이 해파리 발광 현상을 연구한 최초의 과학자 중 한 명입니다. 1950년대에 그가 일했던 우즈홀 해양생물학연구소는 생물발광 현상을 연구하는 데 전념했습니다. 1955년부터 1961년까지 Xia Xiucun은 물 반딧불이(Cypridina)의 발광 메커니즘에 대한 심층적인 연구를 수행했으며 이 작은 생물의 발광이 체내의 독특한 단백질에 의존한다는 것을 발견하고 이를 루시페린 효소라고 명명했습니다. 불행하게도 Xiucun은 루시페라제만으로는 빛을 방출하기에 충분하지 않다는 것을 발견했습니다. 수년 후 사람들은 루시페라제 자체에는 빛을 방출하는 능력이 없지만 루시페린이라는 작은 분자 화합물을 촉매하여 빛을 방출하게 할 수 있다는 것을 발견했습니다. 연구를 통해 그는 많은 해양 생물의 빛 방출 능력이 체내에서 생성되는 특정 종류의 발광 단백질에 달려 있다는 사실을 깨닫게 되었습니다. 그래서 그는 빛을 방출하는 능력을 가진 다른 단백질을 찾기 위해 더 많은 해양 유기체에 눈을 돌렸습니다.
나중에 멘토 존슨의 제안으로 마침내 그는 Aequorea victoria라는 해파리를 연구하는 데 집중하기로 결정했습니다. 이를 위해 그와 존슨은 다수의 해파리를 구제하기 위해 여러 차례 워싱턴 대학의 프라이데이 하버 연구소로 차를 몰고 왔고, 단백질 추출 실험을 위해 이들을 일괄적으로 매사추세츠에 있는 연구소로 가져왔습니다. 시모무라 오사무는 루시퍼라제에 대한 이전 연구를 통해 많은 연구 경험을 얻었고, 곧 해파리 우산 가장자리에 빛을 낼 수 있는 발광 세포가 많이 모여 있다는 사실을 발견하고, 그로부터 빛을 낼 수 있는 단백질을 분리했습니다. , 이를 활용해 '애쿼린(aequorin)'이라 부른다. 이 연구는 1962년 Journal of Cellular and Comparative Physiology에 게재되었습니다.
어느 날 시모무라 오사무는 빛을 내지 못하는 또 다른 '실패한' 단백질 샘플을 추출해 퇴근 전 싱크대에 붓고 실험실 불을 끄고 나갈 준비를 했다고 한다. 집. 떠나기 전에 그는 실험실을 정기적으로 둘러보고 문을 잠글 준비를 했습니다. 다음 순간 그는 수영장이 실제로 파란색 형광을 발산하고 있다는 사실에 놀랐습니다! 그는 수영장의 일부 성분이 에쿼린의 발광 능력을 활성화했을 수 있다는 결론을 즉시 내렸습니다. 그 후 며칠 동안 그는 수영장에 존재할 수 있는 모든 이온과 화학 성분을 하나씩 검사한 결과, 마침내 칼슘 이온이 에쿼린의 발광 능력을 활성화할 수 있다는 사실을 발견했습니다.