Tot 1982 kreeg iedereen die insuline gebruikte om zijn diabetes te beheersen, het van wat we nu als een ongebruikelijke bron beschouwen: de pancreas van koeien en varkens, geoogst uit slachthuizen en massaal verzonden naar farmaceutische verwerkingsbedrijven. Maar er waren problemen met het op deze manier krijgen van al onze insuline - schommelingen op de vleesmarkt hadden invloed op de prijs van het medicijn en geprojecteerde toenames van het aantal mensen met diabetes zorgden ervoor dat wetenschappers zich zorgen maakten dat tekorten in de insulinetoevoer binnen de komende decennia konden toeslaan.
Dat veranderde allemaal met de introductie van Humulin, de eerste synthetische humane insuline. Maar het medicijn was ook om een andere reden een mijlpaal: het was het eerste commerciële product dat voortkwam uit genetische manipulatie, gesynthetiseerd door bacteriën die waren veranderd met het gen voor de productie van menselijke insuline.
Vorig jaar verwierf het American History Museum een handvol sleutelitems die werden gebruikt om Humulin te maken van Genentech, het bedrijf in San Francisco dat verantwoordelijk is voor de ontwikkeling ervan, en bracht het ze vorige week te zien in een tentoonstelling getiteld "The Birth of Biotech", waarmee bezoekers een kijk in het begin van het tijdperk van genetische manipulatie.
Elektroforese apparatuur gebruikt in vroeg genetisch onderzoek in Genentech (National Museum of American History) Het werk van Genentech begon met een ontdekking in de jaren 1970 door een paar wetenschappers uit Bay Area, Herbert Boyer van UC San Francisco en Stanley Cohen van Stanford: genen van meercellige organismen, inclusief mensen, konden in bacteriën worden geïmplanteerd en functioneren nog steeds normaal. Kort daarna werkten ze samen met venture capitalist Robert Swanson om het bedrijf te vormen, in de hoop genetische manipulatie te gebruiken om een commercieel levensvatbaar product te creëren.
Al vroeg besloten ze dat insuline een logische keuze was. “Het was handig. Het was een gemakkelijk te hanteren eiwit en het was duidelijk iets dat veel mensen nodig hadden ', zegt Diane Wendt, een Smithsoniaanse curator die aan het scherm werkte.
Een van hun eerste prestaties was het synthetisch bouwen van het humane insuline-gen in het laboratorium, een enkel genetisch basenpaar tegelijk. Om de nauwkeurigheid van hun volgorde te controleren, gebruikten ze een techniek genaamd gelelektroforese, waarbij elektriciteit het DNA door een gel dwingt. Omdat grotere stukken DNA langzamer migreren dan kleinere stukken, filtert het proces effectief het genetische materiaal op grootte, waardoor onderzoekers de stukken kunnen kiezen die ze willen, een van de belangrijkste stappen in vroege genetische sequentiemethoden.
Elektroforese wordt nog steeds veel gebruikt, maar de apparatuur die wordt geschonken door Genentech is beslist meer geïmproviseerd dan de standaardconfiguraties die tegenwoordig in laboratoria worden gezien. "Je kunt zien dat het soort met de hand is gemaakt", zegt Mallory Warner, die ook aan het scherm werkte. "Ze gebruikten glasplaten en bindklemmen, omdat ze de hele tijd heel snel werkten en ze wilden iets dat ze uit elkaar konden halen en gemakkelijk konden reinigen."
Een microforge gebruikt om kleine, op maat gemaakte glazen instrumenten te maken, ergens rond 1970 gemaakt (National Museum of American History) Om DNA en andere microscopische moleculen te manipuleren, gebruikten de onderzoekers verschillende kleine glazen instrumenten. Ze maakten veel van deze gereedschappen zelf met een apparaat dat een microforge wordt genoemd - in wezen een gereedschapswinkel in extreme miniatuur, uitgerust met een eigen microscoop, zodat de makers konden zien wat ze aan het doen waren.
Een container voor Eco R1, een enzym dat wordt gebruikt in genetisch onderzoek in Genentech kort na de ontwikkeling van Humulin (National Museum of American History) Na het synthetiseren van een gen voor insuline moesten de wetenschappers het opnemen in het DNA van een bacterie, zodat het organisme zelf insuline zou produceren. Ze gebruikten hiervoor verschillende enzymen, waaronder Eco R1, een chemische stof die DNA op een precieze locatie snijdt, op basis van de omliggende basenparen. Onderzoekers haalden kleine DNA-moleculen, plasmiden genaamd, uit de bacterie, scheiden ze met deze enzymen en gebruikten vervolgens andere enzymen om het synthetische insuline-gen op hun plaats te hechten. Het nieuwe hybride plasmide zou vervolgens in levende bacteriën kunnen worden ingebracht.
Een gistingstank die wordt gebruikt om genetisch gemodificeerde bacteriën te kweken (National Museum of American History) Nadat de wetenschappers van Genentech met succes bacteriën hadden gemaakt met kopieën van het insuline-gen, bevestigden ze dat de microben in een dergelijke gistingstank menselijke insuline in voldoende hoeveelheden konden produceren. Vervolgens werden de genetisch gemodificeerde bacteriën doorgegeven aan onderzoekers van Eli Lilly, die het in commerciële hoeveelheden begonnen te produceren voor verkoop. Voila: synthetische humane insuline.
Een prototype genenkanon, ontwikkeld door John Sanford, Ed Wolf en Nelson Allen aan de Cornell University (Cornell University) Natuurlijk bleef de toestand van de biotechnologie evolueren in de jaren nadat Humulin debuteerde, en het museum heeft ook opmerkelijke items uit die tijd verzameld. Een daarvan is een prototype van een genenpistool, ontwikkeld door wetenschappers aan de Cornell University in het midden van de jaren tachtig.
Het apparaat maakt het gemakkelijker voor wetenschappers om vreemde genen in plantencellen te brengen, door kleine metaaldeeltjes in DNA te coaten en op plantencellen af te vuren, waardoor een klein percentage van de genetische materialen in de kernen van de cellen doordringt en hun genomen binnengaat. Het originele genpistoolprototype gebruikte een gemodificeerd luchtpistool als schietmechanisme en de techniek bleek succesvol toen het uiencellen aanpaste, gekozen vanwege hun relatief grote omvang.
De eerste thermische cycler-machine, gebouwd door wetenschappers van de Cetus Corporation (Cetus Corporation) Een andere volgende innovatie luidde het tijdperk van de biotechnologie serieus in: polymerasekettingreactie of PCR, een chemische reactie ontwikkeld in 1983 door biochemicus Kary Mullis waarmee wetenschappers een DNA-monster automatisch in grotere hoeveelheden konden vermenigvuldigen met aanzienlijk minder handmatig werk. De eerste prototype PCR-machine of thermische cycler was gebaseerd op de kennis van onderzoekers over hoe enzymen zoals DNA-polymerase (dat DNA uit kleinere bouwstenen synthetiseert) bij verschillende temperaturen functioneerde. Het vertrouwde op cycli van verwarmen en koelen om snel grote hoeveelheden DNA uit een klein monster te genereren.
'The Birth of Biotech' is tot april 2014 te zien op de begane grond van het American History Museum .
