ここに示した緑色蛍光タンパク質（green fluorescent protein、GFP）はPDBエントリー 1gflの構造で、北太平洋の冷たい海に住むクラゲ（オワンクラゲ）から見つかったものである。このクラゲには生物発光を行うタンパク質「エクオリン（aequorin）」が含まれており、このタンパク質は青い光を放つ。緑色蛍光タンパク質はこの青い光を緑色に変える。実際私たちがクラゲで見ているのは、この変換された光である。精製されたGFPの溶液は、通常の室内光の下では黄色に見えるが、屋外の日光にさらすと鮮やかな緑色に輝く。このタンパク質は日光に含まれる紫外線を吸収し、よりエネルギーの低い緑色の光として放出しているのである。

それがどうした？

あなたはこう言うかもしれない。クラゲが持つこの目立たない小さな緑色のタンパク質を誰が関心を持つというのか、と。しかしGFPは科学研究において非常に役に立つものであることが分かった。なぜなら、これによって細胞内で働いているものを直接見ることができるようになったからである。GFPがあるところはいつでも簡単に見つけることができる。ただ紫外線を当ててやればよい。GFPがあれば鮮やかな緑色に輝くだろう。そこでこれを利用した技がある。どこにあるのか見たいものにGFPをくっつけるのである。例えば、GFPをあるウイルスにくっつける。そうすると、ウイルスが宿主の中に広がる様子が、緑色の輝きを追跡することによって観察できる。またあるタンパク質にGFPをくっつけると、そのタンパク質が細胞内をあちこち動くのが顕微鏡を通して観察できる。

既製品

GFPは既製の蛍光タンパク質なので、特に簡単に使うことができる。光を扱うタンパク質の大半は光子を捕まえ解放するのに変わった分子を使う。例えば眼にあるオプシン（opsin）は光を検知するのにレチノール（retinol）を使う（今月の分子27番:「バクテリオロドプシン」参照）。「発色団」（chromophore）は特にこの仕事をするに当たって作り上げる必要があり、注意深くタンパク質の中に組み込まれる。一方、GFPは光を取り扱う機械があらかじめその中に備わっていて、これをアミノ酸だけを使って作り上げている。GFPには特殊な３つのアミノ酸配列〜セリン（serine、これと似たスレオニン（threonine）と入れ替わっている場合もある）−チロシン（tyrosine）-グリシン（glycine）〜がある。タンパク質鎖が折りたたまれると、この短い断片はタンパク質の奥深くに埋め込まれる。そして、いくつかの化学的変化が起きる。グリシンがセリンと化学結合を形成して、新たに閉じた環が形成され、その結果自発的に脱水反応が起こる。最後に、１時間ほどかかって周辺環境にある酸素がチロシンのある結合に攻撃し、二重結合が形成されて蛍光発色団となる。GFPは自分自身で発色団を作るので、遺伝的な技術には最適である。これを使えば奇妙な発色団を扱うのに悩まされる必要はない。単にGFPタンパク質を作るよう遺伝的指示を細胞に与えてやるだけで、GFPが自分自身で折りたたんで輝き始めてくれる。

GFP工学

GFPの利用は芸術や商業の世界にも広がっている。芸術家のエドワルド・カック（Eduardo Kac）はGFPをウサギの細胞に組み込んで蛍光緑色ウサギを作り出した。飼育家は独特の蛍光植物や蛍光魚を作る手段としてGFPを研究している。GFPはラット、マウス、かえる、はえ、むし、いもむしなど数え切れないぐらいたくさんの種類の生物に付け加えられてきた。もちろん、これらの遺伝子組み換え動植物については未だ議論のあるところで、遺伝子工学の安全性と倫理性を重要な話題へと押し上げている。