La proteina fluorescente verde (GFP) è una proteina presente in una specie di medusa, Aequorea victoria, che si trova nel Pacifico settentrionale. La fluorescenza è un fenomeno per cui alcune sostanze assorbono energia dalla radiazione elettromagnetica, come la luce, ed emettono l’energia a una lunghezza d’onda diversa, normalmente più lunga. Il bagliore verde prodotto dalla GFP deriva dal fatto che assorbe la luce blu e ultravioletta ad energia relativamente alta e la emette come luce verde, che ha una lunghezza d’onda più lunga e meno energia; quindi si illuminerà di verde se esposto alla luce ultravioletta invisibile. La GFP è di particolare interesse per i biologi poiché, a differenza della maggior parte delle altre proteine fluorescenti, emette fluorescenza da sola senza la necessità di alcuna interazione con altre molecole. Trattandosi di una proteina composta interamente da amminoacidi, ciò significa che gli organismi possono essere geneticamente modificati per produrla, dando origine a un’ampia gamma di applicazioni in vari campi della biologia.
La bioluminescenza si verifica in molti organismi marini. Nel caso dell’Aequorea victoria, una sostanza chemiluminescente chiamata equorina emette luce blu quando si combina con ioni calcio. Questa luce viene quindi assorbita dalla proteina fluorescente verde per produrre un bagliore verde. È stato scoperto che un certo numero di altri organismi marini contengono queste sostanze, ma non è chiaro il motivo per cui si sono evoluti per produrre questo bagliore o per cambiare il colore dal blu al verde. Un suggerimento, basato sull’evidenza sperimentale che la GFP incandescente può rilasciare elettroni, è che la GFP potrebbe agire come donatore di elettroni attivato dalla luce, in modo simile alla clorofilla nelle piante verdi.
La proteina fluorescente verde ha una struttura complessa. La parte fluorescente, nota come cromoforo fluorescente, è costituita da tre amminoacidi, tirosina, glicina e serina o treonina, uniti a forma di anello. Questo è contenuto all’interno di una struttura cilindrica che protegge il cromoforo dal contatto con altre molecole, una caratteristica fondamentale per la fluorescenza, poiché il contatto con le molecole d’acqua dissiperebbe altrimenti l’energia utilizzata per produrre il bagliore verde.
La GFP si è rivelata estremamente utile in campi come la genetica, la biologia dello sviluppo, la microbiologia e la neurologia. Può essere utilizzato per etichettare proteine specifiche all’interno di un organismo al fine di vedere dove e quando vengono espresse; la parte del DNA dell’organismo che codifica per la proteina di interesse può essere ingegnerizzata per sintetizzare anche la GFP, consentendo così il tracciamento della proteina all’interno delle cellule viventi utilizzando la luce ultravioletta. I virus possono anche essere etichettati in questo modo, consentendo di monitorare le infezioni negli organismi viventi. La proteina fluorescente verde può anche essere modificata per diventare fluorescente in molti altri colori, aprendo nuove possibilità. Uno di questi è stata la creazione di topi transgenici con diverse combinazioni di proteine fluorescenti espresse nei neuroni, che consentono di studiare in dettaglio le vie neurali nel cervello.
Altre applicazioni sono state trovate al di fuori della biologia. Uno sviluppo controverso è l’ingegneria degli animali domestici fluorescenti. Sono stati creati animali geneticamente modificati che producono proteine fluorescenti verdi e includono pesci, ratti, maiali e un coniglio.