GFP：荧光蛋白的起源

1962年，下村脩和约翰逊在一篇纯化水母素的文章提到从水母中发现了荧光蛋白（GFP），正式开启了生物发光研究的大门。2008年10月8日，日本科学家下村修、美国科学家马丁·查尔菲和钱永健因为发现和改造绿色荧光蛋白而获得了当年的诺贝尔化学奖。而萤光蛋白的故事要从53年讲起。

1955年Davenport和Nicol发现水母可以发绿光，但不知其因，未深入研究，错过了一次获得诺奖的机会。

1956年，下村修从海萤体内提取出一种蛋白质，发光亮度比海萤本身强3.7万倍。因为这项发现，下村修不仅被名古屋大学破例授予博士学位，晋升助理教授，还引起美国普林斯顿大学学者弗兰克・约翰逊的强烈兴趣，1960年，在约翰逊的邀请下，下村修往美国。

1962年，下村修和约翰森在那篇纯化水母素的文章中，有个注脚，说还发现了另一种蛋白，它在阳光下呈绿色、钨丝下呈黄色、紫外光下发强烈绿色。其后他们仔细研究了其发光特性，从十万只小水母中纯化出5毫克发光蛋白。同时被分离出来的还有另一种“绿蛋白”，在紫外光的照耀下会发出绿色荧光。下村修和约翰逊发表论文，宣告发现“绿色发光蛋白”，这个蛋白就是后来大名鼎鼎的绿色荧光蛋白GFP。

1969年，哈佛大学的伍迪·哈斯廷和詹姆斯·莫林在研究腔肠动物发光蛋白质特性时再次“发现”了多管水母“绿色蛋白质”，并将其命名为“Green Fluorescent Protein”，即绿色荧光蛋白，简称GFP。

1979年，下村修阐明绿色荧光蛋白发光部分的化学构造。但他当时认为这项发现没有多大实际应用价值。

1992年，格拉斯·普拉舍成功地从多管水母的DNA中分离出了GFP基因，并对其进行了复制与测序，为GFP在异源生物体中的表达奠定了重要的基础。但普拉舍未能获得后续的研究经费支持，遗憾地离开了科研域，但他在离开科研域将GFP质粒赠予了马丁·查尔菲和钱永健。

1993年，钱永健开始采用随机诱变的方式来改组GFP基因，进而筛选出激发峰和荧光强度等都得到优化的GFP衍生物。钱永健团队先后改造出增强型绿色荧光蛋白，以及青色、黄色、红色等荧光蛋白。

1994年，Science杂志以封面文章形式刊登了马丁·查尔菲 的论文，成功的在线虫体内表达了GFP，这篇不足两页的论文标志着科学家们打开了用GFP对活细胞进行示踪研究的大门。

在此之后，绿色荧光蛋白又被用到了病毒、酵母、植物、小鼠以及人类等各种生物身上——它们所未有地在生活的状态下被涂上了颜色。绿色荧光蛋白“照亮了生物学研究的未来”，也扩展了我们的视野。

荧光蛋白带来的典型、也绚烂的研究莫过于脑虹（Braibow）。2007年，Joshua R. Sanes 和Jeff W. Lichtman主持的一项研究将红黄蓝三种颜色的荧光色素嵌入老鼠基因组，成功为老鼠的不同细胞涂上不同颜色。三种颜色相互组合，终展现在显微镜下的老鼠脑干组织切片上有近百种颜色标记，如同一道绚烂的彩虹。

果蝇的脑虹：somewhere over the brainbow~

这让我们清楚看到了大脑内不同细胞交织在一起的绝妙画面，也带来了更深一层的问题——这些细胞之间，是怎么互相作用的呢？

在单个神经元细胞中，信息以电信号的形式传播。随着信号传导，细胞膜内外电位逆转，随之而来的还有大量钙离子内流。传统方法是用电测量神经细胞上的电位变化，但这种方法缺陷十分明显，毕竟需要的器材多、能够观察的范围有限。有了荧光蛋白，科学家找到了解决的方法。在荧光蛋白上连接能够感应电压或者钙离子浓度变化的荧光蛋白，那么在神经元参加大脑活动的时候，它就会发出耀眼的闪光。

使用钙指示剂，斑马鱼的大脑活动如超新星爆发

近期的一项研究中，研究人员利用钙离子指示剂GCaMP6F荧光蛋白记录1-2周龄的斑马鱼大脑背侧皮层神经元活动，为斑马鱼开发了基于荧光的多导睡眠描记术，并使用无偏的全脑活动记录，在不切开动物或植入电的情况下观察其大脑和身体内部的其他活动。

从发育生物学、细胞生物学到神经生物学、肿瘤病理学、心脑血管等研究历程中，荧光蛋白都发挥着其重要的作用。荧光蛋白是当代科学和医学域重要的工具之一，它们从显微水平上照亮了生命！

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