Bis 1982 bezog jeder, der Insulin zur Behandlung seines Diabetes verwendete, dieses aus einer ungewöhnlichen Quelle: den Bauchspeicheldrüsen von Kühen und Schweinen, die in Schlachthöfen geerntet und in großen Mengen an pharmazeutische Verarbeitungsbetriebe geliefert wurden. Es gab jedoch Probleme, unser gesamtes Insulin auf diese Weise zu beschaffen - Schwankungen auf dem Fleischmarkt wirkten sich auf den Preis des Arzneimittels aus, und die prognostizierte Zunahme der Zahl der Diabetiker ließ die Wissenschaftler befürchten, dass in den nächsten Jahrzehnten ein Mangel an Insulin auftreten könnte.
Das änderte sich mit der Einführung von Humulin, dem ersten synthetischen Humaninsulin. Aber das Medikament war auch aus einem anderen Grund ein Meilenstein: Es war das erste kommerzielle Produkt, das aus der Gentechnik hervorging und von Bakterien synthetisiert wurde, die so verändert wurden, dass sie das Gen zur Herstellung von Humaninsulin enthielten.
Im vergangenen Jahr erwarb das American History Museum eine Handvoll Schlüsselelemente für die Herstellung von Humulin von Genentech, dem für seine Entwicklung verantwortlichen Unternehmen in San Francisco, und stellte sie letzte Woche in einer Ausstellung mit dem Titel „The Birth of Biotech“ vor Blicken Sie in den Beginn der Ära der Gentechnik.
Elektrophoresegeräte für die frühe Genforschung bei Genentech (National Museum of American History) Die Arbeit von Genentech begann mit einer Entdeckung, die in den 1970er Jahren von zwei Bay Area-Wissenschaftlern, Herbert Boyer von UC San Francisco und Stanley Cohen von Stanford, gemacht wurde: Gene von mehrzelligen Organismen, einschließlich Menschen, konnten in Bakterien implantiert werden und funktionieren immer noch normal. Bald darauf gründeten sie gemeinsam mit dem Risikokapitalgeber Robert Swanson das Unternehmen, in der Hoffnung, mithilfe der Gentechnik ein wirtschaftlich tragfähiges Produkt zu entwickeln.
Schon früh entschieden sie, dass Insulin eine logische Wahl war. „Es war praktisch. Es war ein leicht zu handhabendes Protein, und es war offensichtlich etwas, das viele Leute brauchten “, sagt Diane Wendt, eine Smithsonian-Kuratorin, die am Display arbeitete.
Eine ihrer ersten Errungenschaften war der synthetische Aufbau des menschlichen Insulingens im Labor, jeweils ein einzelnes genetisches Basenpaar. Um die Genauigkeit ihrer Sequenz zu überprüfen, verwendeten sie eine Technik namens Gelelektrophorese, bei der Elektrizität die DNA durch ein Gel drückt. Da größere DNA-Stücke langsamer wandern als kleinere, filtert der Prozess das genetische Material effektiv nach Größe, sodass die Forscher die gewünschten Stücke auswählen können. Dies ist einer der Schlüsselschritte bei frühen genetischen Sequenzierungsmethoden.
Die Elektrophorese ist immer noch weit verbreitet, aber die von Genentech gespendeten Geräte sind deutlich improvisierter als die Standardaufbauten, die heutzutage in Labors verwendet werden. "Man kann sehen, dass es von Hand hergestellt wird", sagt Mallory Warner, der auch am Display mitgearbeitet hat. "Sie verwendeten Glasplatten und Büroklammern, weil sie die ganze Zeit sehr schnell arbeiteten und etwas wollten, das sie zerlegen und leicht reinigen konnten."
Eine Mikroforge, in der kleine, maßgefertigte Glasinstrumente hergestellt wurden, die um 1970 hergestellt wurden (National Museum of American History) Um DNA und andere mikroskopische Moleküle zu manipulieren, verwendeten die Forscher eine Vielzahl von winzigen Glasinstrumenten. Viele dieser Werkzeuge haben sie selbst mit einem Gerät namens microforge hergestellt - im Wesentlichen einem Werkzeugbau in extremer Miniatur, der mit einem eigenen Mikroskop ausgestattet war, damit die Hersteller sehen konnten, was sie taten.
Ein Behälter für Eco R1, ein Enzym, das kurz nach der Entwicklung von Humulin bei Genentech in der Genforschung eingesetzt wurde (National Museum of American History) Nachdem die Wissenschaftler ein Gen für Insulin synthetisiert hatten, mussten sie es in die DNA eines Bakteriums integrieren, damit der Organismus selbst Insulin produzieren konnte. Dazu verwendeten sie eine Vielzahl von Enzymen, darunter Eco R1, eine Chemikalie, die DNA auf der Grundlage der umgebenden Basenpaare an einer genauen Stelle schneidet. Die Forscher extrahierten kleine DNA-Moleküle, sogenannte Plasmide, aus dem Bakterium, trennten sie mit diesen Enzymen und verwendeten dann andere Enzyme, um das synthetische Insulingen an Ort und Stelle zu nähen. Das neue Hybridplasmid könnte dann in lebende Bakterien inseriert werden.
Ein Gärtank, in dem gentechnisch veränderte Bakterien gezüchtet werden (National Museum of American History) Nachdem die Genentech-Wissenschaftler erfolgreich Bakterien mit Kopien des Insulingens erzeugt hatten, bestätigten sie, dass die Mikroben in einem Fermentationstank wie diesem Humaninsulin in ausreichenden Mengen produzieren konnten. Dann wurden die gentechnisch veränderten Bakterien an die Forscher von Eli Lilly weitergegeben, die damit begannen, sie in kommerziellen Mengen zum Verkauf anzubieten. Voila: synthetisches Humaninsulin.
Ein Prototyp einer Genkanone, entwickelt von John Sanford, Ed Wolf und Nelson Allen an der Cornell University (Cornell University) Natürlich hat sich der Stand der Biotechnologie in den Jahren nach dem Debüt von Humulin weiterentwickelt, und das Museum hat auch bemerkenswerte Gegenstände aus dieser Zeit gesammelt. Einer ist der Prototyp einer Genpistole, die Mitte der 1980er-Jahre von Wissenschaftlern der Cornell University entwickelt wurde.
Das Gerät erleichtert Wissenschaftlern das Einbringen von Fremdgenen in Pflanzenzellen, indem winzige Metallpartikel in DNA beschichtet und auf Pflanzenzellen abgefeuert werden, wodurch ein geringer Prozentsatz des genetischen Materials in die Zellkerne eindringt und in deren Genome gelangt. Der ursprüngliche Prototyp der Genpistole verwendete eine modifizierte Luftpistole als Zündmechanismus und die Technik erwies sich als erfolgreich, wenn sie Zwiebelzellen modifizierte, die aufgrund ihrer relativ großen Größe ausgewählt wurden.
Die erste Thermocycler-Maschine, die von Wissenschaftlern der Cetus Corporation (Cetus Corporation) gebaut wurde Eine weitere spätere Innovation leitete das Zeitalter der Biotechnologie ein: die Polymerasekettenreaktion (PCR), eine chemische Reaktion, die der Biochemiker Kary Mullis 1983 entwickelte und es Wissenschaftlern ermöglichte, eine DNA-Probe mit erheblich weniger manueller Arbeit automatisch in größere Mengen zu multiplizieren. Der erste Prototyp einer PCR-Maschine oder eines Thermocyclers basierte auf dem Wissen der Forscher darüber, wie Enzyme wie DNA-Polymerase (die DNA aus kleineren Bausteinen synthetisiert) bei verschiedenen Temperaturen funktionieren. Es beruhte auf Zyklen des Erhitzens und Abkühlens, um schnell große Mengen an DNA aus einer kleinen Probe zu erzeugen.
„The Birth of Biotech“ ist bis April 2014 im Erdgeschoss des American History Museum zu sehen .
