在燈光照耀下,一尾尾閃閃發亮、搖曳生姿的螢光魚在水裡自在優游,其身上所散發的綠色螢光不但讓水族館的夜晚比白晝更美麗,更讓許多人看得目不轉睛。
事實上,渾身散發耀眼螢光的可愛螢光魚不但是近幾年觀賞魚市場的新寵兒,更與今年諾貝爾化學獎主題息息相關,魚兒身上的發光原理正是來自諾貝爾獎得主錢永健、下村脩、查爾菲(Martin Chalfie)等三位科學家長年投入的綠色螢光蛋白研究(green fluorescent protein,GFP)。
何謂綠色螢光蛋白?其功能為何?相信許多民眾只聞其名,但不知其用。台大生化科技系教授黃慶燦表示,簡單來說,綠色螢光蛋白最大的作用,就是讓原本看不見的研究變化變得顯而易見,讓科學家更能藉由綠色螢光蛋白之助來追蹤與觀察細胞與基因的發展及走向,這項發現對生命科學領域來說助益尤其大,讓研究人員可以更精確掌握到特定細胞的變化歷程。
研究變化更顯而易見
黃慶燦進一步解釋指出,綠色螢光蛋白的特性之一就是該物質會在短波長的藍光照射下散發出綠色螢光,而這樣的發光特性就可作為研究人員用來觀察與辨識的標記物,藉此觀察某個生物體內或是特定細胞中的變化與發展。所以,這也是為什麼綠色螢光蛋白基因又被稱之為報導基因(reporter gene) 的緣故,顧名思義就是它可以成為帶領研究人員了解研究變化與發展的引路員、扮演向科學家報告來龍去脈的關鍵角色。
有助於抗癌藥物研發
以癌症醫學為例,東海大學畜產與生物科技學系副教授羅能文表示,科學家若想了解腫瘤在生物體內的發展與變化,只需要把綠色螢光蛋白轉入癌細胞中,再將癌細胞移植到被研究的生物體內。如此一來,科學家就可藉由綠色螢光蛋白會發光的特性來清楚觀察癌細胞在生物體的大小與位置。另一方面,科學家也可以藉此來判斷某些新研發藥物到底有沒有具備抗癌功效,藉由螢光蛋白會發光的特性來辨識癌細胞是否有因為藥物的注入而縮小改善或是繼續分裂增生,藉此作為日後發明抗癌藥物或新興療法的研究依據。
除了作為科學家追蹤與觀察的研究標記物外,台灣大學動物科學技術學系助理教授吳信志表示,綠色螢光蛋白的另個貢獻就是讓活體研究更為可行,由於綠色螢光蛋白本身對生物不會造成負面影響,因此科學家只需要透過螢光燈的照射,就可清楚辨識出會散發綠色螢光的細胞變化,不需要再像過去那樣為了解生物體內的細胞發展而必需重複解剖實驗白老鼠等生物,不但大大提高研究效率,也讓研究方法更為人道。
為活體研究帶來變革
吳信志表示,在綠色螢光蛋白還沒問世之前,以往的動物實驗都得將動物麻醉及解剖後,才能了解動物體內的細胞發展與腫瘤變化等歷程,不但耗時,也讓動物實驗容易因為缺乏活體研究而失去準確性。
綠色螢光蛋白為科學研究帶來革命性改革,讓許多領域都能因此而受惠羅能文指出,綠色螢光蛋白的發現不只可以提升癌症醫學與再生醫學的研究發展、強化觀察與辨識細胞變化的辨識度,更有助於光學儀器產業的顯微鏡技術研發,讓光學業者可以製造出更便於觀察研究的高階光學儀器,應用可說是相當多元化。