2008年諾貝爾物理桂冠

水母綠光點亮生命彩頁—繽紛奪目的螢光蛋白

吳益群　台大分子與細胞生物學研究所教授
蔣沆祥　台大分子與細胞生物學研究所博士

2008年10月，在眾人翹首引領之下，瑞典皇家科學院宣布2008年諾貝爾化學獎由日裔美籍科學家下村脩（Osamu Shimomura）、美籍科學家馬丁．查爾菲（Martin Chalfie）和華裔美籍科學家錢永健（Roger Y. Tsien）三人共同獲得，以表揚他們研究綠色螢光蛋白（green fluorescent protein,GFP）的卓越成果。

GFP是一種螢光蛋白，在藍光或是紫外光的照射下，呈鮮綠色螢光，因此，科學家可利用GFP來觀察生物體甚至是細胞內的生物事件。例如，GFP可以用來觀察生物體內腫瘤的成長或是病原體的移動；GFP也可以用來偵測單一細胞內的胞器、染色體的變化，或是蛋白質的產生。換言之，當顯微鏡技術帶領人類遊覽細胞內的建築之美時，GFP可說是更忠實地呈現了內在的事件變化，讓我們更詳盡地了解生命現象的運作，或是疾病的產生機制。如此豐功偉業，讓GFP摘下諾貝爾化學獎的桂冠確是實至名歸。然而，到底GFP是如何達成這個神奇的任務，讓我們得以窺探生物體內的祕密活動？讓我們話說從頭。

綠色螢光蛋白的誕生

諾貝爾獎得主下村脩，從1960年開始跟隨約翰森（Frank H. Johnson）研究水母，初衷十分單純——想要了解為什麼水母會散發漂亮的光芒。為了收集大量水母做研究，他常去海邊撈拾水母，有時甚至動員妻小一起幫忙收集。後來他專注研究一種學名為Aequorea victoria的水母；這種水母在北美西海岸隨洋流漂移，身體呈美麗的藍色，受到刺激時，其傘緣的發光器官（photoorgan）則會發出綠色螢光。

在收集到許多A. victoria後，下村脩將水母的傘緣割下，置於濾紙上，壓榨萃取其汁液。經過約莫一年的嘗試與努力，他成功地從這些汁液中分離出水母發光蛋白（aequorin），這種分子在與鈣離子並存時會發出強烈的藍光，也就是A. victoria呈藍色的原因。同時，他也分離出另一種讓水母產生綠色螢光的物質——GFP，這便是GFP的第一次破「水」問世。

之後數年，下村脩進一步研究出GFP在分子立體結構上，有一個特殊的發色團，這個特殊的球狀結構由三個胺基酸組成，在吸收藍光或是紫外光後會被激發，而散發出明亮的綠色螢光。