Il manufatto non è né sexy né delicato, come dirà Mallory Warner. Warner, che lavora nella divisione di medicina e scienza presso il National Museum of American History di Smithsonian, aiuta a curare un vasto archivio di articoli che, in qualche modo, hanno cambiato il corso della scienza. Indica un analizzatore di DNA utilizzato dagli scienziati nel Progetto genoma umano (lo sforzo di riferimento che ha prodotto il primo progetto completo del materiale genetico umano) e un film fotografico di un tentativo degli anni '70 di costruire un gene sintetico dell'insulina. Molti dei pezzi relativi alla ricerca genetica, dice, sono "enormi, cose scientifiche di dimensioni frigorifere".
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RICH: American Enterprise: una storia di affari in America
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Il sequencer del gene Roche 454 GS FLX + DNA, prodotto dal 2005 al 2015, è in realtà un po 'più corto di un frigorifero: pesa più di 500 libbre, secondo le specifiche ufficiali del prodotto. Anche la macchina Roche è unica: è stato il primo sequencer genico di prossima generazione ad essere commercializzato. Ha usato una tecnologia di allora nuova nota come sequenziamento per sintesi per prendere in giro la sequenza di basi che compongono il codice genetico.
Anche l'organismo più piccolo, troppo piccolo per essere visto ad occhio nudo, contiene centinaia di geni che lavorano insieme per determinare tutto, dal suo aspetto al modo in cui reagisce alle malattie. Questi geni sono costituiti da modelli alternati di basi. Leggendo i modelli - un processo noto come sequenziamento genico - gli scienziati possono imparare molto sul funzionamento di un organismo.
I sequencer di nuova generazione hanno ridotto drasticamente i costi e i tempi necessari per il sequenziamento genico. Sebbene possa sembrare una credenziale esoterica, considera che il Progetto genoma umano ha impiegato circa 13 anni e circa 3 miliardi di dollari per sequenziare l'intero genoma umano, basandosi in gran parte su un metodo noto come sequenziamento di Sanger. Una macchina Roche 454 di nuova generazione potrebbe svolgere tale compito in dieci giorni, secondo la società, consentendo ai piccoli team di riunire enormi quantità di dati genetici in un tempo significativamente inferiore.
I sequencer Roche 454 sono stati usati per svelare i misteri genetici di fragole, batteri e Neanderthal; hanno prodotto dati che hanno aiutato gli scienziati a comprendere la resistenza alle malattie nei paesi in via di sviluppo; e, in un caso memorabile, ha diagnosticato un giovane ragazzo americano le cui condizioni hanno bloccato i dottori per anni.
I sequencer Roche 454 sono stati usati per svelare i misteri genetici di fragole, batteri e Neanderthal; hanno prodotto dati che hanno aiutato gli scienziati a comprendere la resistenza alle malattie nei paesi in via di sviluppo; e, in un caso memorabile, ha diagnosticato un giovane ragazzo americano le cui condizioni hanno bloccato i dottori per anni.
Ma una delle cose più interessanti che una Roche 454 ha fatto è forse aiutare a proteggere il futuro del cioccolato.
Circa 25 anni fa, molte persone erano profondamente preoccupate per l'offerta di cioccolato nel mondo. Il cioccolato così come lo conosciamo, nella sua forma dolce e deliziosa, è composto da semi di cacao, che sono il prodotto dell'albero di cacao Theobroma .
Il T. cacao è originario dell'America centrale e meridionale e la gente ha raccolto i suoi fagioli per secoli. Gli europei hanno incontrato per la prima volta l'albero di cacao nei primi viaggi verso quello che chiamavano il Nuovo Mondo. Il prodotto naturale dei semi di cacao è amaro, quindi gli europei hanno iniziato a mescolare il cioccolato con lo zucchero e una mania è iniziata che deve ancora finire. Il cioccolato è oggi un business multimiliardario con una domanda crescente proveniente da paesi come Cina, India, Russia e Brasile.
Raccogliendo cacao in Ghana, i baccelli vengono tagliati e vengono raccolti semi e polpa. (Smithsonian Archives Center, Museo nazionale di storia americana) Ma la domanda emergente si scontra con problemi antichi. Per espandere la produzione, gli alberi di cacao sono stati trapiantati nell'Africa occidentale, dove potevano crescere comodamente nel clima tropicale. Tuttavia, gli alberi di cacao impiegano diversi anni per maturare e non sono molto produttivi: un singolo albero produce baccelli abbastanza grandi da produrre una libbra di cioccolato ogni anno.
Tuttavia, il problema più urgente sembra essere che questi alberi siano altamente sensibili alle malattie. Alla fine degli anni '80, una devastante rovina con un nome fantasioso - fungo di ginestra delle streghe - iniziò a fiorire sugli alberi di cacao nella regione brasiliana di Bahia. La scopa delle streghe prende il nome dai piccoli grappoli di rami a forma di scopa che si formano sugli alberi infetti. In appena un decennio, la produzione di cioccolato di Bahia è diminuita di oltre la metà. Scienziati e produttori di caramelle erano terrorizzati dal fatto che la scopa delle streghe - o baccello gelido, un altro fungo devastante che infetta gli alberi di cacao - avrebbe raggiunto le fattorie nei paesi dell'Africa occidentale del Ghana, della Costa d'Avorio e della Nigeria, sede di molti dei principali esportatori di fave di cacao al mondo .
"Il nostro problema era che dovevamo essere in grado di allevare alberi resistenti al baccello gelido e alla scopa delle streghe prima che quelle malattie arrivassero in Africa occidentale", afferma David Kuhn, un biologo molecolare di ricerca dell'USDA a Miami. "Perché se [ciò] accade, il tuo candy bar sarà di $ 35".
Se un candy bar da $ 35 non sembra una catastrofe, considera che circa 6, 5 milioni di agricoltori dipendono dal cioccolato per i loro mezzi di sussistenza e un brusco cambiamento nel mercato potrebbe provocare effetti devastanti.
Gli scienziati di Miami stavano osservando l'allevamento di alberi resistenti alle malattie, ma procedeva lentamente. Kuhn spiega che “l'allevamento degli alberi per sua natura è un processo molto lento. Devi fare una croce, impollinare a mano gli alberi, prendere i baccelli, prendere i semi, piantarli e poi aspetti da tre a cinque anni che quegli alberi fioriscano e poi sarai in grado di valutarli. ”In in altre parole, ci vogliono dai tre ai cinque anni prima che gli scienziati possano capire se un particolare raccolto di alberi è stato allevato con successo per produrre fagioli resistenti alle malattie.
Howard Shapiro della compagnia Mars ha riunito e diretto un team mondiale di scienziati per sequenziare il genoma del cacao. (Smithsonian Archives Center, Museo nazionale di storia americana) Nel 2008, ispirato all'ascesa della tecnologia di sequenziamento, la compagnia di caramelle Mars, Inc., sotto la direzione di Howard Shapiro, ha accettato di contribuire con $ 10 milioni per finanziare un progetto multinazionale per sequenziare l'intero genoma di T. cacao . Una copia completa potrebbe accelerare il processo di riproduzione consentendo agli scienziati e agli allevatori di individuare più rapidamente quali geni specifici proteggono dalle malattie. Poiché l'albero è tropicale, un consorzio multinazionale si è evoluto per lavorare sul progetto del genoma del cacao. Una squadra in Costa Rica ha provato un albero di cacao T. locale. Il laboratorio di Kuhn a Miami ha aiutato a estrarre il materiale genetico della pianta, quindi ha inviato quel materiale ai laboratori dove il materiale genetico è stato elaborato e sequenziato.
T. cacao è stata la "prima grande pianta che abbiamo mai fatto", afferma Keithanne Mockaitis, ex direttore del sequenziamento all'Università dell'Indiana. Ha lavorato con la Roche 454 e altri sequencer di prossima generazione per un paio d'anni, ma le dimensioni e i dettagli del progetto T. cacao lo hanno reso uno dei loro progetti più ambiziosi.
Dice che Marte ha aiutato presentando l'un l'altro scienziati, allevatori e agricoltori di tutto il mondo. "Avremmo tenuto conferenze e talvolta avrebbero effettivamente invitato gli allevatori di cacao africani, ed è stato meraviglioso perché sono stato in grado di incontrarli e capire ciò che sanno", afferma Mockaitis.
I contatti con gli agricoltori erano inestimabili, in parte perché i dati del progetto sarebbero stati open source. Ciò significa che le scoperte degli scienziati sarebbero state rese disponibili gratuitamente su un sito Web a chiunque volesse accedervi.
Il primo sito Web pubblico è stato creato nel 2010, con un set completo di risultati. Per altri tre anni, il team ha lavorato sull'aggiunta di dati e sulla generazione di un genoma più completo, e ha pubblicato un documento nel 2013. Sebbene le sfide rimangano per il cioccolato, Mockaitis afferma che il genoma è un primo passo positivo.
Sei anni fa, Peter Liebhold, presidente della divisione del lavoro e dell'industria del museo, si è imbattuto nel progetto del genoma del cacao durante la ricerca di potenziali artefatti per una grande mostra sulla storia delle imprese americane. È stato attratto dal progetto open source perché rappresentava un approccio nuovo e di successo al processo di ricerca e sviluppo.
"Nel pensare alla ricerca e sviluppo, volevamo dire che era importante e realizzato in modi molto diversi", afferma Liebhold. Ha lanciato l'idea di acquisire il sequencer Roche 454 dell'Indiana University, a cui si potrebbe attribuire il merito di aver contribuito a salvare il cioccolato.
Anche se la macchina stava svanendo dall'uso ed era stata sostituita da una tecnologia più recente - era programmata per essere interrotta dal produttore nel 2015 - chiedere un sequencer genico completo era audace. Durante il loro periodo di massimo splendore, i sequencer costano circa $ 700.000 (ora che la linea di prodotti si sta esaurendo, è possibile acquistarne uno su eBay per molto meno). "La gioia di lavorare allo Smithsonian è che puoi fare richieste irragionevoli alle persone", afferma Liebhold.
Mockhaitis, nativa della Virginia che cita i suoi viaggi da adolescente nello Smithsonian come uno dei motivi per cui è diventata una scienziata, è stata elettrizzata all'idea della richiesta. Roche accettò di pagare per l'Indiana University per donare la propria macchina, spedirla e sottoporla a manutenzione. Mockaitis si era trasferita in un nuovo laboratorio, ma ha integrato la donazione con provette e piastre di prova dal suo laboratorio.
Una delle piastre donate da Mockaitis - chiamata piastra di prova per picotiter - appare in mostra, insieme a una foto di coltivatori di cacao e una replica di un baccello di cacao. In una foto, il sequencer brilla su uno sfondo scuro, le sue superfici pulite sembrano ronzare con la funzione. Sopra la foto c'è un lungo coltello spuntato che un coltivatore di cacao potrebbe usare in un raccolto. Il divario tra le due serie di strumenti è enorme, ma, come mostra la mostra, il divario può essere colmato.
"Questa [storia] è particolarmente bella perché è una storia così globale", afferma Warner. "Abbiamo scienziati in tutto il Nord America e il lavoro andrà a beneficio degli agricoltori in altre parti del mondo".
Per quanto riguarda il sequencer stesso, attualmente vive in una scatola nella memoria del museo. Era troppo grande per la mostra, dice Warner, ma lo mostrerà a chiunque lo chieda, incluso, di recente, a un dirigente di Roche in visita. La tecnologia, ammette Liebhold, "non è più all'avanguardia". Il sequencer è stato fondamentale per la storia, ma è già passato alla storia.
La nuova mostra permanente "American Enterprise", è stata inaugurata il 1 ° luglio al Museo Nazionale di Storia Americana Smithsonian a Washington, DC, e traccia lo sviluppo degli Stati Uniti da una piccola nazione agricola dipendente a una delle più grandi economie del mondo.
