Olhar para uma célula com um microscópio óptico é como uma vista de Nova York por satélite. Você consegue ver o Central Park, prédios, ruas e até carros, mas entender a vida econômica e cultural da cidade, dada a distância da órbita da Terra, se prova difícil, talvez impossível.

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Da mesma forma, biólogos podem facilmente ver grandes estruturas dentro das células, a exemplo do núcleo com seus cromossomos dobrados sobre si mesmos e das fábricas de energia da mitocôndria. Mas a maior parte dos detalhes do funcionamento de uma célula - a localização de proteínas específicas, os mecanismos utilizados pela célula para mandar e receber mensagens, o sistema de transporte que transfere as proteínas de um lugar para o outro - sempre foram muito pequenos para serem vistos.

Atualmente, usando os mesmos microscópios ópticos, biólogos podem ver aquilo que antes era invisível, com a ajuda de uma proteína fluorescente que é o foco do Prêmio Nobel de química deste ano. O prêmio foi concedido a Osamu Shimomura, do Laboratório de Biologia Marinha de Massachusetts e da Universidade de Boston; Martin Chalfie, da Universidade Colúmbia; e Roger Tsien, da Universidade da Califórnia em San Diego.

A proteína, conhecida como proteína verde fluorescente, ou GFP, foi por anos uma curiosidade biológica encontrada em uma água-viva brilhante.

Ela foi descoberta na metade de 1961, quando Shimomura, então pesquisador na Universidade de Princeton, e Frank Johnson, professor de biologia na mesma instituição, recolheram 10 mil águas-marinhas Aequorea victoria nas águas próximas a Friday Harbor, no Estado de Washington.

Eles estavam tentando descobrir o que fazia as águas-vivas brilharem em suas extremidades, e extraíram delas o aequorin, uma proteína bioluminescente que fica azul quando interage com cálcio.

Na água-viva, Johnson e Shimomura descobriram também uma proteína menor, a proteína verde fluorescente, que é fluorescente ao invés de luminescente.

Proteínas bioluminescentes precisam que outras moléculas forneçam energia para que elas se acendam. As fluorescentes não precisam. A proteína GFP absorve a energia da luz ultravioleta ou azul e a emite de novo como luz verde.

Para biólogos, isso é uma importante vantagem, porque células com proteínas baseadas em GFP não precisam ser mergulhadas em produtos químicos adicionais para que brilhem.

A GFP era apenas uma curiosidade até 1992, quando Chalfie a usou para fazer com que a bactéria E. coli brilhasse. Ele então conseguiu que células individuais dentro de nemátoides C. elegans brilhassem.

A chave para o uso da GFP é que os biólogos agora conhecem o gene que a produz. Quando eles querem monitorar a atividade de uma proteína específica, eles primeiro precisam identificar o gene que a produz.

Depois, conseguem inserir o gene da GFP perto do novo gene. O resultado é que a proteína é produzida com uma pequena modificação, um trecho fluorescente extra.

Basta então ligar uma luz ultravioleta sobre as células. As proteínas escolhidas vão brilhar revelando sua localização.

É como colar um transmissor de GPS em cada policial ou caminhão de entrega, ou em todos os operadores de mercado de Wall Street em Nova York. De repente, os cientistas podem monitorar os movimentos de grupos de proteínas em tempo real, e um turbilhão de atividades se tornam visíveis.

Por exemplo, Jennifer Lippincott-Schwartz, pesquisadora do Instituto Nacional da Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano, usou o GFP não só para acompanhar para onde as proteínas estão se movendo em uma célula mas também em que área uma dada proteína está presente em maior volume. O brilho indica o número de moléculas de proteína presentes.

As observações dela sobre os padrões de tráfego das proteínas contradizem algumas idéias duradouras sobre a maneira pela qual proteínas recém-produzidas abrem caminho por uma estrutura conhecida como complexo de Golgi antes de serem excretadas da célula.

Muitos biólogos viam o complexo como uma correia transportadora que conduzia proteínas de maneira ordenada. "Com esse tipo de abordagem de imagem, podemos mostrar o que havia de errado com o modelo anterior", diz Lippincott-Schwartz.

Na prática, uma proteína que acaba de ser produzida se movimenta por uma série de compartimentos. Quando entra em um deles, salta com as demais proteínas lá presentes. Periodicamente, e por seleção aleatória, uma das proteínas salta para o compartimento vizinho. O movimento, assim, se assemelha mais à difusão de um gás do que a uma correia transportadora.

Antes do advento da técnica GFP, o método primário de localização de proteínas era sintetizar um anticorpo que se apegava a uma proteína, e acrescentar material fluorescente ao anticorpo. Os anticorpos, injetados em uma célula, se vinculavam a proteínas e isso permitia que os cientistas acompanhassem para onde elas se movimentam.

Mas projetar os anticorpos não era fácil, e cada proteína requeria um anticorpo diferente. Uma limitação mais grave era que as células precisavam ser imobilizadas e "fixadas" - mortas, em outras palavras. "Ainda o método fosse bom", disse Lippincott-Schwartz, "com certeza não era ótimo".

Outros cientistas, entre os quais Tsien, desenvolveram maneiras inteligentes de estudar algumas proteínas em células vivas. Tsien e seus colaboradores conseguiram extrair as proteínas que desejavam, vinculá-las a moléculas fluorescentes em laboratório e injetar a proteína modificada de volta nas células, sem danificar a proteína ou matar a célula.

Essa técnica era trabalhosa e tinha aplicação limitada, o que levou Tsien a procurar alternativas. Ao promover a mutação do gene GFP, o laboratório de Tsien se tornou o primeiro a produzir uma proteína fluorescente azul. As proteínas fluorescentes agora existem em ampla gama de cores, de azul-violeta a vermelho e até infravermelho.

Tradução: Paulo Migliacci