Kelemen Imola (szerk.): A Csíki Székely Múzeum Évkönyve 6. (Csíkszereda, 2010)
Természettudományok - Pálfi Mária–Kovácsi Erika–Szilágyi László–Miklóssy Ildikó–Ábrahám Beáta–Lányi Szabolcs: Egy „világító” fehérje alkalmazási lehetőségei a környezeti biomonitoringban
PÁLFI MÁRIA ET AL. A család tagjai a színpaletta különböző színeiben „ragyognak”, előfordulnak zöld, kék, sárga valamint piros színű fényt kibocsájtó tagok is.3 4 5 A GFP 238 aminosavból áll. Molekuláris szerkezete ismert, 11 beta lemez egy kompakt hordó szerű struktúrába rendeződik, amely körülzárja és egyben védi a kromofor csoportot.4 A fehérje színét a szerkezet közepén található a kromofor csoport adja, amely három egymást követő aminosav ciklizálódása során képződik.5 A kromofor csoport, elnyelve a gerjesztő fény energiáját, átkerül egy magasabb energia szintű állapotba. A gerjesztett állapot nagyon rövid időtartamú, néhány nano-sze- kundum, tehát a molekula gyorsan visszakerül alapállapotba, miközben az elnyelt energia egy részét fluoreszcencia formájában kibocsátja. A fluoreszcencia általános szabálya szerint a kibocsátott fény energiája kisebb, hullámhossza tehát nagyobb az eredetileg elnyelt fotonénál. Fluoreszcencia kioltásnak nevezzük azt a folyamatot, melynek során, molekuláris interakciók következtében a fehérje fluoreszcenciája megszűnik. Ehhez a folyamathoz feltétlenül szükséges a kioltó ágens és a kromofor közti kapcsolat létrejötte. Az interakció létrejöhet a gerjesztett állapotú kromofor csoport reakciója során, molekuláris átrendeződés következtében, energia transzfer megvalósulása révén a kioltó ágens és a kromofor csoport között, vagy komplex képződése során az alapállapotú kromofor csoporttal, vagy molekuláris ütközés következtében.6 A fluoreszcens fehérjéket előnyös tulajdonságaik miatt széleskörűen alkalmazzák a biotechnológiában, sejtbiológiában fluoreszcens jelölő molekulaként. Felhasználják génexpresszió kimutatására, fúziós fehérjeként a sejtben lejátszódó folyamatok nyomonkövetésére, más fehérjék lokalizációjának monitorizálására.7 Más fehérjékkel fuzionáltatva, az adott fehérjével együtt termelődik, ami lehetőséget nyújt a fehérjék közti interakciók monitorizálására, az adott fehérje elhelyezkedésének felderítésére. A környezeti monitoring azon módszerek és eszközök összessége, amellyel megvalósítható a környezet állapotának felmérése, nyomonkövetése. A biomonitoring során élő szervezeteket vagy ezek egy részét, biológiai molekulákat, alkalmaznak, amelyek lehetővé teszik egy bizonyos környezeti paraméter nyomonkövetését. Ilyen környezeti paraméter lehet a fémionok jelenléte, koncentrációja. A legtöbb fémion veszélyes szennyező anyagnak tekinthető, viszonylag kis koncentrációban is ártalmasak a környezetre és az emberi szervezetre. Emiatt szükséges olyan módszerek kidolgozása, amely alkalmas lehet a fémionok mennyiségi és minőségi meghatározására. Az élelmiszerekbe, ivóvízbe a fémek bekerülhetnek az evőeszközökről, a főzőedényekről, vízvezetékekből, levegőből, talajból. A leggyakrabban előforduló nehézfémek: az ólom, higany, kadmi- um, réz, cink. Miután felismerték, hogy kis koncentrációban is nagyon veszélyesek, igyekeztek lecsökkenteni a mennyiségüket a környezetben. A biomolekulák felhasználásával megvalósítható a fémionok specifikus felismerése, ugyanakkor alkalmasak lehetnek alacsony koncentrációk kimutatására is. Napjainkban számos analitikai módszer létezik a különböző fémionok kimutatására és mennyiségi meghatározására. Azonban a legtöbb analitikai módszer költséges és időigényes. Ezért szeretnénk egy olyan fehérjét létrehozni, amely lehetővé teszi a rézionok egyszerű, gyors és kevésbé költséges kimutatását. Számos próbálkozás volt annak érdekében, hogy a GFP felhasználható legyen fémionok kimutatására. 2000-ben V. Prachayasittikul és mtsai. egy hat hisztidinből álló oligopeptidet fuzionáltat- tak a fehérje polipeptidláncához és vizsgálták a fluoreszcencia intenzitás változását a fémionok jelenlétében. T. A. Richmond és mtsai. létrehoztak egy fémkötő helyet a GFP felszínén. Azt tapasztalták, hogy a fémek fluoreszcencia kioltó hatása koncentráció és távolság függő. A hisztidin imidazol gyűrűjének elhelyezkedése és távolsága megfelelő közelségben kell legyen a GFP fluoro- for csoportjához (5 A°), ahhoz, hogy a fém megkötése kiváltsa a fluoreszcencia csökkenését. Vivian Hsiu-Chuan Liao és mtsai. a kadmium felvételét szabályozó promoter kontrollja alatt expressszálták a GFP génjét, így a baktérium sejtek Cd (II) jelenlétében termelték a zöld fluoreszcens fehérjét. Ugyanezen az elven működik a 2008-ban Tapas Chakraborty és mtsai. által létrehozott bakteriális ólom bioszenzor, amely ólom jelenlétében fluoreszkált. Ezen bioszenzor rnűködé3 OLENYCH ETAL. 2007, 21.5.1-21.5.33. 4 YANG ETAL. 1996, 1246-1251. 5 ORMO ETAL. 1996, 1392-1395. 6 LAKOWICZ 2006, 9-19. 7 CHALFIE, KAIN 2006, 46-59. 518
