تم ملاحظة ظاهرة التألق، وهي عملية إصدار ضوء من قبل بعض الأحياء كالحشرات وعدد من الأحياء المائية منذ القرن الأول الميلادي. إصدار هذا التألق الأحيائي يُستخدَم من قبل الأحياء لأغراض دفاعية وهجومية، وكوسيلة اتصالات تم اكتشاف البروتين أخضر التألق وتنقيته من قبل Shimomura سنة 1962 م، في قنديل البحر. عُزل البروتين Aequorin الذي يُصدِر تألقًا أزرق اللون، وبروتين آخر هو البروتين أخضر التألق (Green fluorescent protein (GFP. هذان البروتينان يعملان سويةً في الأعضاء الضوئية لقنديل البحر؛ حيث يقومان بتحويل الإشارات الوميضية المحفزة بأيونات الكالسيوم (Ca⁺⁺) إلى وميض أخضر. البروتين Aequorin الذي ينقلُ الطاقة إلى البروتين الثاني، وهو البروتين أخضر التألق، الذي يُصدر الضوء الأخضر. يحتوي البروتين الأخضر التألق على حامل صبغة (Chromophore) مؤلف من عددٍ من ببتيدات الأحماض الأمينية؛ الكلايسين والتيروسين، والسيرين كما في الشكل 15-6.

جميع البروتينات المتألقة تكون بحجوم حوالي 25 ك د، وهي أكبر من حجوم حوامل اللون العضوية التي تكون بحدود 1 ك د. إن تألق هذه البروتينات يعتمد على التركيب الكامل لها، والذي يتألف من 11 صفيحة  βمطوية بشكل برميلي β تُحيط بلولب α مركزي. حامل اللون في هذه البروتينات يتألف من عددٍ قليل من الأحماض الأمينية، والتي تقع قرب مركز الصفيحة البرميلية. هذه الأحماض الأمينية تكون مشحونة أو مستقطبة وتحتجز العديد من جزيئات الماء، وتتفاعل لتكون حلقة أميدازول مع ارتباطات ممتدة (شكل 16-7) (2011 ,.Kremers et al).

شكل 16-6: تركيب البروتين الأخضر الوميض لقنديل البحر Aequorea victoria عن: Piston, D. W., R. E. Campbell, R. N. Day and M. W. Davidson. Ziess, Education in. microscopy and digital imaging

وبعد كلونة الجين المشفر للبروتين أخضر التألق سنة 1992 م، استخدم البروتين لتتبع التعبير الجيني في البكتيريا والنيماتودا Caenorhabditis elegans. إن استخدام البكتيريا كمنتج للبروتينات المتألقة من خلال نقل الجين المسؤول عن تشفير البروتين المتألق إليها، سَهَّل على نحو كبير جدًّا، الحصول على الكميات المطلوبة من هذه البروتينات، بعد أن كان الباحثون الأوائل يبذلون جهودًا مُضنيةً بجمع مئات الآلاف من قناديل البحر، للحصول على ملغرامات قليلة (شكل 16-8). فيما بعد تَمَّ هندسة GFP من قنديل البحر عبر التطفير لتكوين عدد كبير من البروتينات بالألوان الأزرق والسمائي والأصفر، وكذلك من أنواع أخرى ثُمَّ الحصول على بروتينات بتألق ألوان البرتقالي والأحمر والأحمر القاني (Kremers et al., 2011; Hung 2012) (شكل 16-9).

شكل 16-7: معمارية البروتين الأخضر التألق GFP من قنديل البحر Aequorea victoria. عن: Kremers et al 2011)).

لقد توسع استخدام البروتين الأخضر التألق في البيولوجي الجزيئي والطب وبيولوجيا الخلية كموسم أحيائي لمتابعة البروتينات والتعبير الجيني (2002 ,Zimmer). وتُستخدم البروتينات المتألّقة كموسمات وراثية، وبذلك يمكن إدماجها باستخدام تقنيات التعديلات الوراثية والاستغناء عن الصبغات الخارجية وعمليات التثبيت وغيرها. ويُمكن دمج البروتينات المتألّقة مع البروتينات الهدف قيد الدراسة وبنسبة 1:1، وبذلك تمكن من التصوير الكمي. وهناك استخدامات المجهر الوميضي، قياس الانتشار الجزيئي وتتبعه، وتطبيقات مجهر الجزيئة المفردة، وعمل متحسّسات حيوية لكشف الأيونات والجزيئات الإشارية داخل الخلايا وقياس جهد غشاء الخلية، تنشيط المستقبلات وغيرها من الوظائف الفسلجية. كذلك تُستخدم البروتينات المتألقة في دراسة تأثرات البروتين – البروتين.

شكل 16-8: مستعمرات بكتيرية ملوّنة بالبروتين الأخضر التألُّق GFP والبروتينات المشابهة نامية على الوسط الزرعي في طبق بتري. عن: (Roger Tsien (Tsien Lab Website.

إن تطور التقنيات الطيفية على أساس الحالات الكمومية للضوء، مكّن من ملاحظة والتحكم بتآثُرات الضوء والمادة في المواد البيولوجية على المستوى الكمومي. وهكذا فإن تحقيق الضوء المتشابك في البروتينات المومضة، يمكن أن يكون تقنية واعدةً لتعدُّد المهمات التي يمكن أن تنجزها. وهكذا قام الباحثون (2017) ,Shi et al بتكوين حالة فوتونين مُستقطِبَين متشابكين من خلال المزج التلقائي الرباعي الموجة في البروتين الأخضر التألق المنشط aGFP. وتشير إعادة بناء ماتركس الكثافة أن حالة التشابك تكون معرضةً لفك  التماسك الناشئة عن امتصاص الفوتونين. غير أن الحالة المحضّرة تكون أقل حساسية لفك التماسك البيئي بسبب الحماية التي يُوفّرها تركيب صفيحة بيتا البرميلية، التي تحمي حامل الصبغة في البروتين. إن هذه التقنية الكمومية تمثل آلية واعدة لتطوير تقنية مطيافية كمومية ووسيلة قياس كمومية في المواد البيولوجية.

شكل 16-9: عدد من البروتينات المتألّقة بألوان مختلفة عن: (Roger Tsien (Tsien Lab Website

تم تطوير تقنية نقل طاقة رنين التألق الأحيائي Bioluminescence resonance energy transfer (BRET) بتحوير تقنية نقل طاقة رنين التألق nance energy transfer Fluorescence reso – والتي تستخدم مصدر ضوء خارجي لتحفيز نقل التألق. تُوفّر تقنية BRET حساسية عالية وسهولة استخدام لتحسس الجزيئات الحيوية. هذه التقنية تعتمد على المسافة الفاصلة وتتضمَّن نقل طاقةٍ غير إشعاعية؛ حيث تستخدم التألق الأحيائي للبروتين لإثارة المستقبل بواسطة طاقة الرنين. حساس BRET يتمكن من التحسس السريع للجزيئة الهدف كميًّا دون استخدام مجال كهرومغناطيسي خارجي، مثل الأشعة فوق البنفسجية، والتي يمكن أن تؤذي النسيج ثمَّة العديد من البروتينات المتألقة أحيائيا، والتي يمكن استخدامها، إضافة إلى استخدام النقاط الكمومية (Quantum dots). وحيث إن استخدام النقاط الكمومية يعتمد على الحجم، جعل استخدام BRET ممكنة لمراقبة التغيُّرات في الجزيئات المرصودة تتم في الزمن الحقيقي (Real time) والتصوير داخل الجسم الحي (In Vivo).

هذه التقنية تُمكّن من رصد تاثرات بروتين – بروتين، وكذلك كشف الجزيئات الحيوية واستخدامات واسعة في التصوير والتقنية النانوية الطبية (2019 ,.Hwang et al). استعرض (2021) ,.Kim et al وقدَّموا تحديثًا للأبحاث المنشورة في البيولوجيا الكمومية، بما فيها البروتينات المتألقة، واعتبروها مجالًا جديدًا في البيولوجيا الكمومية. إن عمل الظواهر الكمومية كالتشابك في هذا الحقل، يؤكِّد حقيقة اعتماد الفعاليات الحيوية المختلفة على الظواهر الكمومية، ويؤكِّد دور التركيب الخاص للجزيئات الحيوية في الحفاظ على التماسك الكمومي في درجات الحرارة الفسلجية، ومقاومة تأثير ضوضاء البيئة.