Het artefact is noch sexy, noch delicaat, zoals Mallory Warner je zal vertellen. Warner, die werkzaam is op het gebied van geneeskunde en wetenschap in het Smithsonian's National Museum of American History, helpt bij het samenstellen van een groot archief met items die op een of andere manier de wetenschap hebben veranderd. Ze wijst op een DNA-analysator die wordt gebruikt door wetenschappers in het Human Genome Project (de mijlpaalinspanning die de eerste volledige blauwdruk van het genetisch materiaal van een mens opleverde) en een fotofilm uit een poging van de jaren 1970 om een synthetisch insuline-gen te bouwen. Veel van de stukken die verband houden met genetisch onderzoek, zijn volgens haar 'kolossale, koelkastachtige wetenschappelijke dingen.'
Van dit verhaal
[×] SLUITEN
 | American Enterprise: A History of Business in America~ Meer over dit product
| ||||||
RIJK: American Enterprise: A History of Business in America
gerelateerde inhoud
- Chocoladefonteinen zijn geweldig voor natuurkundelessen
- Candy Corn is sinds de 19e eeuw niet veranderd
- Het verhaal van Mexicaanse cola is veel complexer dan hipsters willen toegeven
- Hoe een vijfletterig woord een bedrijf van 104 jaar heeft opgebouwd
- Hoe Singer de naaimachineoorlog won
De Roche 454 GS FLX + DNA-gensequencer, die werd geproduceerd van 2005 tot 2015, is eigenlijk een beetje korter dan een koelkast: hij weegt meer dan 500 pond, volgens officiële productspecificaties. De Roche-machine is ook uniek: het was de eerste genensequencer van de volgende generatie die commercieel werd verkocht. Het gebruikte een toen nieuwe technologie die bekend staat als sequencing-by-synthesis om de reeks basen die genetische code bevatten te scheiden.
Zelfs het kleinste organisme - te klein om met het blote oog te zien - bevat honderden genen die samenwerken om alles te bepalen, van het uiterlijk tot de manier waarop het op ziekte reageert. Deze genen bestaan uit afwisselende basenpatronen. Door de patronen te lezen - een proces dat bekend staat als gensequencing - kunnen wetenschappers veel leren over hoe een organisme werkt.
Next-generation sequencers hebben de kosten en tijd die nodig is voor gensequencing aanzienlijk verlaagd. Hoewel dat misschien een esoterisch credential lijkt, overweeg dan dat het Human Genome Project ongeveer 13 jaar en naar schatting $ 3 miljard heeft gekost om het gehele menselijke genoom te sequencen, grotendeels afhankelijk van een methode die bekend staat als Sanger-sequencing. Een Roche 454-machine van de volgende generatie kan die taak volgens het bedrijf binnen tien dagen uitvoeren, waardoor kleine teams enorme hoeveelheden genetische gegevens in aanzienlijk kortere tijd kunnen samenvoegen.
De Roche 454 sequencers zijn gebruikt om de genetische mysteries van aardbeien, bacteriën en Neanderthalers te ontrafelen; ze hebben gegevens geproduceerd die wetenschappers hebben geholpen ziekteresistentie in ontwikkelingslanden te begrijpen; en, in één gedenkwaardig geval, de diagnose van een jonge Amerikaanse jongen wiens toestand artsen jarenlang in de steek liet.
De Roche 454 sequencers zijn gebruikt om de genetische mysteries van aardbeien, bacteriën en Neanderthalers te ontrafelen; ze hebben gegevens geproduceerd die wetenschappers hebben geholpen ziekteresistentie in ontwikkelingslanden te begrijpen; en, in één gedenkwaardig geval, de diagnose van een jonge Amerikaanse jongen wiens toestand artsen jarenlang in de steek liet.
Maar een van de meest interessante dingen die een Roche 454 heeft gedaan, is mogelijk helpen de toekomst van chocolade veilig te stellen.
Ongeveer 25 jaar geleden raakten veel mensen diep bezorgd over 's werelds chocoladevoorziening. Chocolade zoals we die kennen - in zijn zoete, heerlijke vorm - is gemaakt van cacaobonen, die het product zijn van de cacaoboom Theobroma .
T. cacao is inheems in Midden- en Zuid-Amerika, en mensen oogsten zijn bonen al eeuwen. Europeanen kwamen voor het eerst de cacaoboom tegen tijdens vroege reizen naar wat zij de Nieuwe Wereld noemden. Het natuurlijke product van cacaobonen is bitter, dus Europeanen begonnen chocolade met suiker te mengen, en een rage begon die nog moet eindigen. Chocolade is tegenwoordig een miljardenbedrijf met een groeiende vraag vanuit landen als China, India, Rusland en Brazilië.
De cacao wordt in Ghana geoogst, de peulen worden gesneden en zaden en pulp worden eruit geschept. (Smithsonian Archives Center, Nationaal museum voor Amerikaanse geschiedenis) Maar de opkomende vraag stuit op oude problemen. Om de productie uit te breiden, werden cacaobomen getransplanteerd naar West-Afrika, waar ze comfortabel konden groeien in het tropische klimaat. Cacaobomen hebben echter een aantal jaren nodig om te rijpen, en ze zijn niet erg productief: een enkele boom produceert ongeveer genoeg peulen om elk jaar een pond chocolade te maken.
Toch lijkt het meest urgente probleem dat deze bomen zeer vatbaar zijn voor ziekten. Aan het einde van de jaren tachtig begon een verwoestende ziekte met een fantasievolle naam - heksenbezemschimmel - te bloeien op cacaobomen in de Braziliaanse regio Bahia. De bezem van heksen dankt zijn naam aan de kleine, bezemvormige trossen takken die zich vormen op geïnfecteerde bomen. In slechts tien jaar tijd daalde de chocoladeproductie van Bahia met meer dan de helft. Wetenschappers en snoepmakers werden doodsbang dat de bezem van heksen - of ijzige peul, een andere verwoestende schimmel die cacaobomen infecteert - boerderijen zou bereiken in de West-Afrikaanse landen van Ghana, Ivoorkust en Nigeria, de thuisbasis van veel van 's werelds beste cacaobonenexporteurs .
"Ons probleem was dat we bomen moesten kunnen kweken die resistent zijn tegen ijzel en heksenbezem voordat deze ziekten in West-Afrika aankomen", zegt David Kuhn, een moleculair onderzoeksbioloog voor de USDA in Miami. "Omdat als [dat] gebeurt, je candy bar $ 35 zal zijn."
Als een reep van $ 35 geen ramp lijkt, overweeg dan dat naar schatting 6, 5 miljoen boeren afhankelijk zijn van chocolade voor hun levensonderhoud en een abrupte verandering in de markt kan leiden tot verwoestende effecten.
Wetenschappers in Miami keken naar het kweken van ziektebestendige bomen, maar het ging langzaam. Kuhn legt uit dat “boomveredeling van nature een zeer langzaam proces is. Je moet een kruis maken, de bomen met de hand bestuiven, de peulen pakken, de zaden nemen, ze planten, en dan wacht je drie tot vijf jaar totdat die bomen bloeien en dan kun je ze evalueren. ' Met andere woorden, het duurt drie tot vijf jaar voordat wetenschappers erachter kunnen komen of een bepaald gewas met succes is gekweekt om ziektebestendige bonen te produceren.
Howard Shapiro van het bedrijf Mars verzamelde en leidde een wereldwijd team van wetenschappers om het cacao-genoom te sequencen. (Smithsonian Archives Center, Nationaal museum voor Amerikaanse geschiedenis) In 2008 heeft snoepbedrijf Mars, Inc. onder leiding van Howard Shapiro, geïnspireerd door de opkomst van sequencingtechnologie, ingestemd om $ 10 miljoen bij te dragen aan de financiering van een multinationaal project om het volledige T. cacao- genoom te sequencen. Een volledige kopie zou het fokproces kunnen versnellen door wetenschappers en fokkers in staat te stellen sneller te bepalen welke specifieke genen beschermen tegen ziekten. Omdat de boom tropisch is, is een multinationaal consortium geëvolueerd om te werken aan het cacao-genoomproject. Een team in Costa Rica bemonsterde een lokale T. cacaoboom . Het laboratorium van Kuhn in Miami hielp het genetische materiaal van de plant te extraheren en stuurde dat materiaal vervolgens naar laboratoria waar het genetische materiaal werd verwerkt en gesequenced.
T. cacao was de 'eerste grote plant die we ooit hadden gedaan', zegt Keithanne Mockaitis, de voormalige sequencing-directeur van de Universiteit van Indiana. Ze werkte al een paar jaar met de Roche 454 en andere sequencers van de volgende generatie, maar de omvang en de details van het T. cacao- project maakten het tot een van hun meest ambitieuze projecten tot nu toe.
Ze zegt dat Mars geholpen heeft door wetenschappers, fokkers en boeren van over de hele wereld aan elkaar voor te stellen. "We zouden conferenties houden en soms zouden ze zelfs de Afrikaanse cacaokwekers uitnodigen, en dat was geweldig omdat ik hen kon ontmoeten en begrijpen wat ze weten, " zegt Mockaitis.
De contacten met de boeren waren van onschatbare waarde, mede omdat de gegevens van het project open source zouden zijn. Dat betekent dat de bevindingen van de wetenschappers gratis beschikbaar zouden worden gesteld op een website voor iedereen die er toegang toe wilde hebben.
De eerste openbare website ging omhoog in 2010, met een complete set resultaten. Nog drie jaar lang werkte het team aan het toevoegen van gegevens en het genereren van een vollediger genoom, en in 2013 brachten ze een paper uit. Hoewel er nog uitdagingen zijn voor chocolade, zegt Mockaitis dat het genoom een positieve eerste stap is.
Zes jaar geleden stuitte Peter Liebhold, voorzitter van de afdeling werk en industrie van het museum in het museum, op het cacao-genoomproject terwijl hij potentiële artefacten onderzocht voor een grote tentoonstelling over de geschiedenis van Amerikaanse bedrijven. Hij voelde zich aangetrokken tot het open source-project omdat het een nieuwe en succesvolle benadering van het onderzoeks- en ontwikkelingsproces vertegenwoordigde.
"Bij het nadenken over R&D wilden we zeggen dat het belangrijk was en op heel verschillende manieren werd bereikt", zegt Liebhold. Hij bracht het idee op gang om de Roche 454 sequencer van de Indiana University te kopen, die zou kunnen worden gecrediteerd met het helpen van bewaarde chocolade.
Hoewel de machine vervaagde en door nieuwere technologie was vervangen - het was gepland om door de fabrikant in 2015 te worden stopgezet - was het vragen om een volledige gensequencer vetgedrukt. Tijdens hun hoogtijdagen kosten sequencers ongeveer $ 700.000 (nu de productlijn afloopt, kun je er een kopen op eBay voor veel minder). “Het plezier van werken bij het Smithsonian is dat je onredelijke verzoeken kunt doen aan mensen”, zegt Liebhold.
Mockhaitis, een inwoner van Virginia, die haar tienerreizen naar het Smithsonian citeert als een van de redenen waarom ze wetenschapper werd, was dolblij met het verzoek. Roche stemde ermee in Indiana University te betalen om hun machine te doneren, te verzenden en te onderhouden. Mockaitis was naar een nieuw laboratorium verhuisd, maar zij vulde de donatie aan met monsterbuizen en testplaten uit haar laboratorium.
Een van de platen geschonken door Mockaitis - een picotiter-testplaat genoemd - verschijnt in de tentoonstelling, naast een foto van cacaoboeren en een replica van een cacaopod. In een foto glanst de sequencer tegen een donkere achtergrond, de nette oppervlakken lijken functie te neuriën. Boven de foto bevindt zich een lang, stomp mes dat een cacaoboer bij een oogst zou kunnen gebruiken. De kloof tussen de twee sets instrumenten is enorm, maar, zoals de tentoonstelling probeert aan te tonen, kan de kloof worden overbrugd.
"Dit [verhaal] is vooral leuk omdat het zo'n mondiaal verhaal is", zegt Warner. "We hebben wetenschappers in heel Noord-Amerika, en het werk gaat de boeren in andere delen van de wereld ten goede komen."
Wat de sequencer zelf betreft, deze leeft momenteel in een doos in de opslag van het museum. Het was te groot voor de tentoonstelling, zegt Warner, maar ze zal het laten zien aan wie het ook vraagt, inclusief - recentelijk - aan een bezoekende directeur van Roche. De technologie, geeft Liebhold toe, is "niet langer de scherpste kant." De sequencer was cruciaal voor het verhaal, maar het is al de geschiedenis ingegaan.
De nieuwe permanente tentoonstelling 'American Enterprise' is op 1 juli geopend in het Smithsonian's National Museum of American History in Washington, DC en volgt de ontwikkeling van de Verenigde Staten van een kleine afhankelijke landbouwnatie tot een van de grootste economieën ter wereld.
