Aan het begin van de jaren zestig ontdekte de bioloog Osamu Shimomura tijdens één van zijn zomerse vistochtjes op de Grote Oceaan een interessante kwallensoort. De kwal trok zijn aandacht omdat zij bij opwinding groen oplichtte. Dr. Shimomura besloot uit te zoeken welk eiwit hiervoor verantwoordelijk was. Toen hij het eiwit geïsoleerd had, stelde hij vast dat het glom onder ultraviolet licht. Hij gaf het de naam ‘Green Fluorescent Protein’ (GFP) en de rest is zogezegd geschiedenis. Samen met nog twee wetenschappers, Martin Chalfie en Roger Y. Tsien, ontving Shimomura voor zijn bijdrage aan het onderzoek naar GFP in 2008 de Nobelprijs voor de Scheikunde.
GFP is tegenwoordig één van de meest gebruikte hulpmiddelen om structuren in cellen onder de microscoop in beeld te brengen. In de celbiologie is het belangrijk om cellen en microben onder de microscoop zichtbaar te kunnen maken, aangezien de meeste levensvormen transparant en vrijwel kleurloos zijn. Sinds Shimomura's ontdekking wordt GFP precies daarvoor ingezet. Wat GFP tot één van de grote sterren binnen de celbiologie heeft gemaakt, is het mogelijke gebruik als een fluorescerende marker voor eiwitten binnenin de cel. Het GFP-eiwit is zo klein dat zijn sequentie aan de sequentie van een ander eiwit kan worden geplakt, om zo een fluorescerende versie van het eiwit in kwestie te creëren. Wetenschappers kunnen zo het gedrag van het bewuste eiwit in zijn natuurlijke omgeving onder de microscoop bestuderen.
Aanvankelijk liep men echter nog wel tegen enkele significante problemen aan. Zo was het eiwit niet stabiel genoeg. Het verbleekte snel onder de intensiteit van het uv-licht. Het kon ook niet worden geproduceerd bij de temperatuur waar de meeste cellen in leven. Wetenschappers experimenteerden daarom met kleine mutaties in de sequentie, om te zien welke uitwerking dit op het eiwit zou hebben. Eén mutatie resulteerde in een veel sterkere en stabielere groene kleur. Een andere veranderde de groene kleur van GFP in cyaan, geel en blauw, waardoor respectievelijk CFP (cyan), YFP (yellow) en BFP (blue) het licht zagen. Inmiddels hebben diverse andere mutaties tot nog veel meer kleuren geleid.
Universitair docent Joachim Goedhart doet onderzoek naar GFP en ontwikkelt deze gekleurde varianten aan de Universiteit van Amsterdam. Ik mocht hem in zijn laboratorium interviewen. Daar toonde hij ons Escherichia coli-culturen die verschillende soorten fluorescerende eiwitten bevatten en resulteren in spectaculaire gekleurde bacteriekolonies zoals te zien onder uv-licht. Joachim hoopt dat zijn plasmiden andere onderzoekers zullen helpen bij het in beeld brengen van hun favoriete eiwitten; ofwel afzonderlijk, ofwel in combinatie met andere eiwitten.
Deze bacteriën speelden de hoofdrol tijdens onze ‘de laborant vertelt’-sessies rond de feestdagen van 2018. Ons publiek was erg onder de indruk van de bakjes met bacteriën die groen, rood, geel en blauw glommen, in de vorm van kerstbomen, sneeuwvlokken en zelfs de Grinch.
Bekijk ook de video waarin Joachim deze bijzondere bacteriekunstwerken creëert.