Do 1982 r. Każdy, kto stosował insulinę do leczenia cukrzycy, czerpał ją z tego, co teraz uważamy za niezwykłe źródło: trzustki krów i świń, zbierane z rzeźni i masowo wysyłane do zakładów przetwórstwa farmaceutycznego. Ale były problemy z uzyskaniem całej naszej insuliny w ten sposób - wahania na rynku mięsa wpłynęły na cenę leku, a przewidywany wzrost liczby osób chorych na cukrzycę zmartwił naukowców, że niedobory podaży insuliny mogą nastąpić w ciągu kilku następnych dziesięcioleci.
Wszystko to zmieniło się wraz z wprowadzeniem Humulin, pierwszej syntetycznej ludzkiej insuliny. Ale lek był kamieniem milowym również z innego powodu: był to pierwszy produkt komercyjny, który wyszedł z inżynierii genetycznej, zsyntetyzowany przez bakterie, które zostały zmienione w celu włączenia genu do produkcji ludzkiej insuliny.
W zeszłym roku Muzeum Historii Amerykańskiej nabyło garść kluczowych przedmiotów używanych do stworzenia Humulina od Genentech, firmy z San Francisco odpowiedzialnej za jego rozwój, i zaprezentowało je w zeszłym tygodniu na wystawie zatytułowanej „Narodziny biotechnologii”, dając zwiedzającym spojrzeć na początek ery inżynierii genetycznej.
Sprzęt do elektroforezy stosowany we wczesnych badaniach genetycznych w Genentech (National Museum of American History) Prace Genentech rozpoczęły się od odkrycia dokonanego w latach siedemdziesiątych przez parę naukowców z Bay Area, Herberta Boyera z UC San Francisco i Stanleya Cohena ze Stanforda: geny z organizmów wielokomórkowych, w tym ludzi, można wszczepić w bakterie i nadal funkcjonować normalnie. Niedługo potem połączyli siły z inwestorem venture capital Robertem Swansonem, tworząc firmę, mając nadzieję na wykorzystanie inżynierii genetycznej do stworzenia komercyjnie opłacalnego produktu.
Już na początku zdecydowali, że insulina jest logicznym wyborem. „To było wygodne. Było to łatwe w obsłudze białko i było to oczywiście coś, czego potrzebowało wiele osób ”- mówi Diane Wendt, kustosz Smithsonian, który pracował przy wystawie.
Jednym z ich pierwszych osiągnięć było syntetyczne zbudowanie genu ludzkiej insuliny w laboratorium, pojedynczej pary zasad genetycznych na raz. Aby sprawdzić dokładność sekwencji, zastosowali technikę zwaną elektroforezą żelową, w której elektryczność przepycha DNA przez żel. Ponieważ większe fragmenty DNA migrują wolniej niż mniejsze, proces skutecznie filtruje materiał genetyczny według wielkości, umożliwiając naukowcom wybranie pożądanych fragmentów, co jest jednym z kluczowych etapów wczesnych metod sekwencjonowania genetycznego.
Elektroforeza jest nadal szeroko stosowana, ale sprzęt podarowany przez Genentech jest zdecydowanie bardziej improwizowany niż standardowe konfiguracje spotykane obecnie w laboratoriach. „Widać, że jest to coś zrobionego ręcznie”, mówi Mallory Warner, która również pracowała nad wyświetlaczem. „Używali szklanych płyt i spinaczy, ponieważ cały czas pracowali bardzo szybko i chcieli czegoś, co mogliby łatwo rozebrać i wyczyścić.”
Mikroforge używane do wyrobu małych, niestandardowych szklanych instrumentów, wykonane około 1970 roku (National Museum of American History) Aby manipulować DNA i innymi mikroskopijnymi cząsteczkami, naukowcy wykorzystali szereg małych szklanych instrumentów. Wiele z tych narzędzi wykonali sami za pomocą urządzenia zwanego mikropróbką - w zasadzie sklepem narzędziowym w ekstremalnej miniaturze, wyposażonym we własny mikroskop, aby twórcy mogli zobaczyć, co robią.
Pojemnik na Eco R1, enzym stosowany w badaniach genetycznych w Genentech wkrótce po opracowaniu Humulin (National Museum of American History) Po zsyntetyzowaniu genu insuliny naukowcy musieli przyswoić go do DNA bakterii, aby organizm sam wytwarzał insulinę. Użyli do tego różnych enzymów, w tym Eco R1, substancji chemicznej, która tnie DNA w precyzyjnym miejscu, w oparciu o otaczające pary zasad. Naukowcy wyodrębnili z bakterii małe cząsteczki DNA zwane plazmidami, oddzielili je tymi enzymami, a następnie wykorzystali inne enzymy do zszycia syntetycznego genu insuliny. Nowy hybrydowy plazmid mógłby następnie zostać wstawiony do żywych bakterii.
Zbiornik fermentacyjny wykorzystywany do hodowli bakterii zmodyfikowanych genetycznie (National Museum of American History) Po tym, jak naukowcy z Genentech z powodzeniem stworzyli bakterie z kopiami genu insuliny, potwierdzili, że drobnoustroje mogą wytwarzać ludzką insulinę w wystarczających ilościach w takim zbiorniku fermentacyjnym jak ten. Następnie genetycznie zmodyfikowane bakterie zostały przekazane naukowcom z Eli Lilly, którzy zaczęli produkować je w ilościach komercyjnych na sprzedaż. Voila: syntetyczna ludzka insulina.
Prototypowy pistolet genowy, opracowany przez Johna Sanforda, Eda Wolfa i Nelsona Allena z Cornell University (Cornell University) Oczywiście stan biotechnologii ewoluował w latach po debiucie Humulina, a muzeum zgromadziło również znaczące przedmioty z tego okresu. Jednym z nich jest prototyp pistoletu genowego, opracowany przez naukowców z Cornell University w połowie lat osiemdziesiątych.
Urządzenie ułatwia naukowcom wprowadzanie obcych genów do komórek roślinnych poprzez powlekanie drobnych cząstek metalu w DNA i strzelanie do komórek roślinnych, zmuszając niewielki procent materiałów genetycznych do penetracji jąder komórkowych i wejścia do ich genomów. Oryginalny prototyp pistoletu genowego wykorzystał zmodyfikowany pistolet pneumatyczny jako mechanizm strzelający, a technika okazała się skuteczna, gdy zmodyfikował komórki cebuli, wybrane ze względu na ich stosunkowo duży rozmiar.
Pierwsza termocyklerowa maszyna zbudowana przez naukowców z Cetus Corporation (Cetus Corporation) Kolejna kolejna innowacja zapoczątkowała epokę biotechnologii na poważnie: reakcja łańcuchowa polimerazy lub PCR, reakcja chemiczna opracowana w 1983 r. Przez biochemika Kary'ego Mullisa, która pozwoliła naukowcom na automatyczne pomnożenie próbki DNA na większe ilości przy znacznie mniejszej pracy ręcznej. Pierwsza prototypowa maszyna do PCR, czyli termocykler, została oparta na wiedzy badaczy na temat działania enzymów takich jak polimeraza DNA (która syntetyzuje DNA z mniejszych elementów) w różnych temperaturach. Opierał się na cyklach ogrzewania i chłodzenia, aby szybko wygenerować duże ilości DNA z małej próbki.
„Narodziny biotechnologii” można oglądać na parterze Muzeum Historii Amerykańskiej do kwietnia 2014 r.
