Более сотен видов организмов на планете светятся в темноте, словно лампочки. Это всем известные светлячки и жуки, медузы с кальмарами, грибы с червями. Некоторые организмы светятся постоянно, а другие способны лишь на короткие вспышки. Биолюминесценцию используют для привлечения добычи и партнёров, для маскировки, отпугивания и дезориентации врагов или для общения с сородичами.
Энергию для свечения они получают из химической реакции, которая происходит у них в организме. Чтобы светиться, в организме постоянно должно вырабатываться топливо. Им служит органическое соединение люциферин, которое окисляется при участии фермента люциферазы, молекул кислорода или перекиси водорода, то есть, по сути, просто сгорает, но без выделения тепла. Энергия, образовавшаяся при окислении, выходит в виде фотонов — квантов электромагнитного излучения видимой части спектра.
Люциферин можно сравнить с лампочкой, а люциферазу — с электрическим током. Одной лампочки достаточно, чтобы осветить помещение, так же и сырья для биолюминесценции организму нужно предельно мало. Поэтому природный люциферин сложно выявить. Кроме того, его крошечная молекула состоит всего из нескольких десятков атомов. Требуется много биомассы, чтобы найти соединение и расшифровать структуру. Более того, люциферин и люциферазу сложно разделить. Все это тормозит изучение биолюминесценции: пока известна структура всего 9 люциферинов. Но, даже поняв их, в результате исследовательские и аналитические методы получили мощное развитие.
Учёные научились синтезировать люциферин и люциферазу чтобы использовать их в качестве меток при работе с тканями и клетками. Как светящийся белок он позволяет легко проследить разные стадии развития клетки, её заболевания.
Это называют биоимиджингом, его сегодня широко применяют биотехнологи, фармацевты, молекулярные биологи.
Благодаря белку, выделенному из медузы, учеными были выведены животные, светящиеся зелёным светом при освещении ультрафиолетом. В конце XX века появилась первая зелёная мышь с геном GFP, затем ученые продемонстрировали миру зелёных свиней и овец, светящихся разноцветных рыбок GloFish и генно-модифицированных шелкопрядов, которые производят флуоресцентный шёлк.
Учёные надеются, что цветные гены помогут бороться с болезнями, такими как ВИЧ, онкология, болезни Паркинсона и Альцгеймера.
