La protéine fluorescente verte (GFP) est une protéine présente dans une espèce de méduse, Aequorea victoria, que l’on trouve dans le Pacifique Nord. La fluorescence est un phénomène par lequel certaines substances absorbent l’énergie du rayonnement électromagnétique, comme la lumière, et émettent l’énergie à une longueur d’onde différente, normalement plus longue. La lueur verte produite par la GFP résulte de l’absorption de lumière bleue et ultraviolette à relativement haute énergie et de son émission sous forme de lumière verte, qui a une longueur d’onde plus longue et moins d’énergie ; il brillera donc en vert lorsqu’il sera exposé à une lumière ultraviolette invisible. La GFP est particulièrement intéressante pour les biologistes car, contrairement à la plupart des autres protéines fluorescentes, elle émet une fluorescence d’elle-même sans qu’aucune interaction avec d’autres molécules ne soit nécessaire. Puisqu’il s’agit d’une protéine entièrement composée d’acides aminés, cela signifie que les organismes peuvent être génétiquement modifiés pour la produire, donnant lieu à un large éventail d’applications dans divers domaines de la biologie.
La bioluminescence se produit dans de nombreux organismes marins. Dans le cas d’Aequorea victoria, une substance chimiluminescente appelée aequorine émet de la lumière bleue lorsqu’elle se combine avec des ions calcium. Cette lumière est ensuite absorbée par la protéine fluorescente verte pour produire une lueur verte. On a découvert qu’un certain nombre d’autres organismes marins contiennent ces substances, mais on ne sait pas pourquoi ils ont évolué pour produire cette lueur ou pour changer la couleur du bleu au vert. Une suggestion, basée sur des preuves expérimentales que la GFP incandescente peut libérer des électrons, est que la GFP pourrait agir comme un donneur d’électrons activé par la lumière, de la même manière que la chlorophylle dans les plantes vertes.
La protéine fluorescente verte a une structure complexe. La partie fluorescente – connue sous le nom de chromophore fluorescent – se compose de trois acides aminés, la tyrosine, la glycine et la sérine ou la thréonine, réunis en forme d’anneau. Celui-ci est contenu dans une structure cylindrique qui protège le chromophore du contact avec d’autres molécules, une caractéristique cruciale pour la fluorescence, car le contact avec les molécules d’eau dissiperait autrement l’énergie utilisée pour produire la lueur verte.
La GFP s’est avérée extrêmement utile dans des domaines tels que la génétique, la biologie du développement, la microbiologie et la neurologie. Il peut être utilisé pour marquer des protéines spécifiques au sein d’un organisme afin de voir où et quand elles sont exprimées ; la partie de l’ADN de l’organisme qui code pour la protéine d’intérêt peut être conçue pour synthétiser également la GFP, permettant ainsi le suivi de la protéine dans les cellules vivantes à l’aide de la lumière ultraviolette. Les virus peuvent également être marqués de cette manière, ce qui permet de surveiller les infections dans les organismes vivants. La protéine fluorescente verte peut également être modifiée pour devenir fluorescente dans plusieurs autres couleurs, ouvrant de nouvelles possibilités. L’une d’entre elles a été la création de souris transgéniques avec diverses combinaisons de protéines fluorescentes exprimées dans les neurones, qui permettent d’étudier en détail les voies neuronales dans le cerveau.
D’autres applications ont été trouvées en dehors de la biologie. Un développement controversé est l’ingénierie des animaux de compagnie fluorescents. Des animaux génétiquement modifiés qui produisent des protéines fluorescentes vertes ont été créés et comprennent des poissons, des rats, des porcs et un lapin.