매년 봄, Hualien (대만) 근처의 숲은 무수한 깜박 거리는 빛으로 빛납니다. 호기심 많은 방문객들은 즐거움으로 움직이는 밝은 점을 응시합니다. 빛은 일부 곤충 종의 몸에서 발생하는 생물 발광 화학 반응에서 생성되며 루시퍼 라제 (luciferase)라는 효소에 의해 촉매됩니다.
.수십 년 동안,이 반응의 구성 요소는 실험실의 과학자들에 의해 분리되어 사용되었습니다. 반응은 에너지 분자 - 아데노신 트리 포스페이트 (ATP)를 소비합니다. 루시퍼 라제 (Luciferase)라는 효소는 ATP를 사용하여 불안정한 중간체 - 여기 상태 옥시 루퍼 린을 생성합니다. 후자는 가시 광선의 광자를 빠르게 분해합니다.
가장 널리 연구 된 루시페라스 중 하나는 Firefly ( Photinus pyralis 에서 분리 된 것입니다. ). 많은 연구에서 다양한 요인 (예 :pH, 중금속, 효소의 구조적 변화 또는 효소에서 특정 아미노산의 대체)이 Firefly의 루시퍼 라제 반응 과정에서 생성 된 빛의 색 (또는 스펙트럼)에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 다양한 연구 그룹이 Firefly Luciferase에 의한 다색 광 방출의 원인에 대한 가설을 제시했습니다. 그러나, 그들은 Firefly Luciferase에 의해 방출 된 빛의 색을 제어하는 보편적 메커니즘에 대한 합의에 도달하지 못했습니다.
최근의 연구에 따르면 ATP 자체는 Firefly Luciferase 반응에서 생성 된 빛의 색상에 영향을 줄 수 있습니다. 한 실험에서, 연구자들은 ATP를 지속적으로 피펫 팅함으로써 ATP 농도를 증가시켰다. 반응 혼합물은 초기에 녹색 빛을 방출 하였다. 그런 다음 빛의 색이 빨간색으로 바뀌 었습니다. 다른 실험에서, 그들은 Luciferase를 ATP를 빠르게 합성 할 수있는 다른 효소와 결합했습니다. 결과 ATP 램프는 녹색에서 빨간색으로 조명의 점진적인 변화를 유발했습니다.
이러한 종류의 연구의인지 적 가치 외에도 루시퍼 라제 효소에 의한 다색 광 방출을 이해하는 것은 실질적인 영향을 미칩니다. 이는 다양한 분야 (생화학, 화학 및 분자 생물학)에서 일하는 과학자들이 리포터 분자로서 루시퍼 라제를 활용하기 때문입니다. 예를 들어, ATP 농도를 측정하고, 식품 및 환경 샘플에서 박테리아 오염의 흔적을 찾거나, 약물의 효능을 연구하거나, 특정 관심 유전자의 발현을 검증하기 위해. 방출 된 빛의 색상의 예기치 않은 색상 변화 (특정 스펙트럼 대역의 외관 또는 실종)는 획득 된 데이터를 편향시킬 수 있으며 잘못된 결론으로 이어질 수 있습니다. 그것은 세포 내 루시퍼 라제 리포터에 영향을 줄 수있는 세포 내부의 ATP 변동의 맥락에서 특히 중요합니다.
양의 측면에서, 이들 분석 중 다수는 낮은 농도의 ATP에서 수행되며, 이로 인해 유의 한 색상 변화가 관찰되지 않았다. ATP가 높은 샘플을 분석 할 때, ATP의 양에 대한 정보를 제공하기 위해 방출 된 빛의 밝기와는 별도로 색상 변화를 이용할 수 있습니다. 생물 발광의 색상을 조정하면 생물 공학 시스템에서 화학 공정이 특정 반응과 결합되어야하는 생물 공학 시스템에서도 적용 할 수 있습니다 (여기서는 다른 색상의 빛의 방출이 될 것입니다). 그러나 이러한 전향 적 응용 프로그램은 여전히 탐색 될 것입니다. ATP 증가로 인한 광색 변화의 메커니즘이 여전히 애매 모호하기 때문에 연구원들은 또한 빛을 발하기 위해 추가 작업을 수행 할 계획입니다.
이러한 결과는 최근 저널 Analytical Biochemistry 에 발표 된 Firefly Luciferase 분석 시스템의 자발적인 발광 색상 변화라는 제목의 기사에 설명되어 있습니다. . 이 작업은 National Tsing Hua University와 National Chiao Tung University의 Pei-Han Liu의 Pawel Urban에 의해 수행되었습니다.
