До 1982 года любой, кто использовал инсулин для лечения диабета, получал его из того, что мы теперь считаем необычным источником: поджелудочной железы коров и свиней, добываемой на бойнях и массово доставляемой на фармацевтические перерабатывающие заводы. Но были проблемы с получением всего нашего инсулина таким способом - колебания на рынке мяса повлияли на цену препарата, а прогнозируемое увеличение числа людей, страдающих диабетом, заставило ученых беспокоиться о том, что нехватка инсулина может возникнуть в ближайшие несколько десятилетий.
Все изменилось с введением Humulin, первого синтетического человеческого инсулина. Но препарат стал важной вехой и по другой причине: это был первый коммерческий продукт, созданный генной инженерией, синтезированный бактериями, который был изменен для включения гена для производства человеческого инсулина.
В прошлом году Американский исторический музей приобрел горстку ключевых предметов, использованных для создания Humulin, у Genentech, компании Сан-Франциско, ответственной за ее разработку, и представил их на прошлой неделе на выставке под названием «Рождение биотехнологии», предоставляя посетителям заглянуть в зарю эпохи генной инженерии.
Оборудование для электрофореза, используемое в ранних генетических исследованиях в Genentech (Национальный музей американской истории) Работа Genentech началась с открытия, сделанного в 1970-х годах парой ученых из Bay Area, Гербертом Бойером из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Стэнли Коэном из Стэнфорда: гены многоклеточных организмов, включая людей, могут быть имплантированы в бактерии и функционировать нормально. Вскоре после этого они объединились с венчурным капиталистом Робертом Свансоном, чтобы создать компанию с надеждой использовать генную инженерию для создания коммерчески жизнеспособного продукта.
Вначале они решили, что инсулин был логичным выбором. «Это было удобно. С этим белком легко было справиться, и, очевидно, это было то, что нужно многим людям », - говорит Дайана Вендт, куратор из Смитсоновского института, работавший на выставке.
Одним из их первых достижений было синтетическое построение гена человеческого инсулина в лаборатории, единственной генетической пары оснований за раз. Чтобы проверить точность их последовательности, они использовали метод, названный гель-электрофорезом, в котором электричество проталкивает ДНК через гель. Поскольку более крупные фрагменты ДНК мигрируют медленнее, чем более мелкие, процесс эффективно фильтрует генетический материал по размеру, позволяя исследователям выбирать нужные фрагменты, что является одним из ключевых этапов ранних методов генетического секвенирования.
Электрофорез по-прежнему широко используется, но оборудование, подаренное Genentech, определенно более импровизировано, чем стандартные установки, которые сегодня встречаются в лабораториях. «Вы можете видеть, что это сделано вручную», - говорит Мэллори Уорнер, которая также работала над дисплеем. «Они использовали стеклянные пластины и скрепки для бумаг, потому что они работали очень быстро все время, и они хотели что-то, что можно было бы легко разобрать и почистить».
Микроорган, использовавшийся для изготовления небольших нестандартных стеклянных инструментов, изготовленный примерно в 1970 году (Национальный музей американской истории). Чтобы манипулировать ДНК и другими микроскопическими молекулами, исследователи использовали множество крошечных стеклянных инструментов. Многие из этих инструментов они изготовили сами, используя устройство, называемое микрооргой - по сути, магазин инструментов в крайней миниатюре, оснащенный собственным микроскопом, чтобы производители могли видеть, что они делают.
Контейнер для Eco R1, фермента, используемого в генетических исследованиях в Genentech вскоре после разработки Humulin (Национальный музей американской истории) После синтеза гена для инсулина ученым необходимо было ассимилировать его в ДНК бактерии, чтобы организм самостоятельно производил инсулин. Для этого они использовали различные ферменты, в том числе Eco R1, химическое вещество, которое разрезает ДНК в точном месте на основе окружающих пар оснований. Исследователи извлекли небольшие молекулы ДНК, называемые плазмидами, из бактерии, расщепили их с помощью этих ферментов, а затем использовали другие ферменты для сшивания синтетического гена инсулина на месте. Новая гибридная плазмида может быть затем вставлена в живые бактерии.
Бродильный чан для выращивания генетически модифицированных бактерий (Национальный музей истории Америки) После того, как ученые Genentech успешно создали бактерии с копиями гена инсулина, они подтвердили, что микробы могут продуцировать человеческий инсулин в достаточных количествах в ферментационном резервуаре, подобном этому. Затем генетически модифицированные бактерии были переданы исследователям в Eli Lilly, которые начали производить их в коммерческих количествах для продажи. Вуаля: синтетический человеческий инсулин.
Прототип генной пушки, разработанный Джоном Сэнфордом, Эдом Вулфом и Нельсоном Алленом в Корнелльском университете (Cornell University) Конечно, состояние биотехнологий продолжало развиваться и после того, как дебютировал Хумулин, и музей также собрал заметные экспонаты того времени. Одним из них является прототип генной пушки, разработанный учеными из Корнельского университета в середине 1980-х годов.
Это устройство облегчает ученым введение чужеродных генов в растительные клетки, покрывая крошечные металлические частицы в ДНК и обжига их в растительных клетках, заставляя небольшой процент генетических материалов проникать в ядра клеток и проникать в их геномы. Первоначальный прототип генной пушки использовал модифицированный пневматический пистолет в качестве механизма стрельбы, и эта техника оказалась успешной, когда он модифицировал луковые клетки, выбранные из-за их относительно большого размера.
Первая термоциклерная машина, созданная учеными корпорации Cetus (Cetus Corporation) Другое последующее новшество положило начало эпохе биотехнологий всерьез: полимеразная цепная реакция, или ПЦР, химическая реакция, разработанная в 1983 году биохимиком Кэри Маллисом, которая позволила ученым автоматически размножать образец ДНК в больших количествах при значительно меньшем количестве ручной работы. Первый прототип ПЦР-машины, или термоциклер, был основан на знаниях исследователей о том, как ферменты, такие как ДНК-полимераза (которая синтезирует ДНК из более мелких строительных блоков), функционируют при различных температурах. Он основывался на циклах нагревания и охлаждения для быстрого генерирования большого количества ДНК из небольшого образца.
«Рождение биотехнологии» экспонируется на первом этаже Американского исторического музея до апреля 2014 года.
