Fino al 1982, chiunque usasse l'insulina per gestire il proprio diabete, lo ricavava da quella che oggi considereremmo una fonte insolita: i pancreas di mucche e maiali, raccolti da macelli e spediti in massa a impianti di trasformazione farmaceutica. Ma ci sono stati problemi nell'ottenere tutta la nostra insulina in questo modo: le fluttuazioni nel mercato della carne hanno influenzato il prezzo del farmaco e i proiezioni di aumenti del numero di persone diabetiche hanno fatto temere agli scienziati che le carenze dell'approvvigionamento di insulina potessero colpire nei prossimi decenni.
Tutto è cambiato con l'introduzione di Humulin, la prima insulina umana sintetica. Ma il farmaco è stato una pietra miliare anche per un'altra ragione: è stato il primo prodotto commerciale a uscire dall'ingegneria genetica, sintetizzato da batteri che erano stati alterati per includere il gene per la produzione di insulina umana.
L'anno scorso, l'American History Museum ha acquisito una manciata di elementi chiave utilizzati per creare Humulin da Genentech, la società di San Francisco responsabile del suo sviluppo, e li ha messi in mostra la scorsa settimana in un display intitolato "The Birth of Biotech", offrendo ai visitatori un guarda all'alba dell'era dell'ingegneria genetica.
Apparecchiature per elettroforesi utilizzate nelle prime ricerche genetiche presso il Genentech (National Museum of American History) Il lavoro di Genentech iniziò con una scoperta fatta negli anni '70 da una coppia di scienziati della Bay Area, Herbert Boyer della UC San Francisco e Stanley Cohen di Stanford: i geni di organismi multicellulari, inclusi gli umani, potevano essere impiantati nei batteri e funzionare ancora normalmente. Poco dopo, hanno collaborato con il venture capitalist Robert Swanson per formare la società, con la speranza di utilizzare l'ingegneria genetica per creare un prodotto commercialmente praticabile.
All'inizio, decisero che l'insulina era una scelta logica. “È stato conveniente. Era una proteina facile da maneggiare ed era ovviamente qualcosa di cui molte persone avevano bisogno ”, afferma Diane Wendt, una curatrice dello Smithsonian che ha lavorato sul display.
Uno dei loro primi successi fu la costruzione sintetica del gene dell'insulina umana in laboratorio, una singola coppia di basi genetiche alla volta. Per verificare l'accuratezza della loro sequenza, hanno usato una tecnica chiamata elettroforesi su gel, in cui l'elettricità forza il DNA attraverso un gel. Poiché pezzi di DNA più grandi migrano più lentamente rispetto a pezzi più piccoli, il processo filtra efficacemente il materiale genetico in base alle dimensioni, consentendo ai ricercatori di scegliere i pezzi desiderati, uno dei passaggi chiave nei primi metodi di sequenziamento genetico.
L'elettroforesi è ancora ampiamente utilizzata, ma l'attrezzatura donata da Genentech è decisamente più improvvisata rispetto alle configurazioni standard viste oggi nei laboratori. "Puoi vedere che è fatto a mano", dice Mallory Warner, che ha anche lavorato sul display. "Hanno usato lastre di vetro e fermagli per raccoglitori, perché lavoravano sempre molto velocemente e volevano qualcosa che potessero smontare e pulire facilmente."
Una microforge utilizzata per fabbricare piccoli strumenti di vetro personalizzati, realizzati intorno al 1970 (National Museum of American History) Per manipolare il DNA e altre molecole microscopiche, i ricercatori hanno usato una varietà di minuscoli strumenti di vetro. Hanno creato molti di questi strumenti da soli con un dispositivo chiamato microforge, in sostanza, un negozio di utensili in miniatura estrema, dotato di un proprio microscopio in modo che i produttori potessero vedere cosa stavano facendo.
Un contenitore per Eco R1, un enzima utilizzato nella ricerca genetica presso Genentech poco dopo lo sviluppo di Humulin (Museo Nazionale di Storia Americana) Dopo aver sintetizzato un gene per l'insulina, gli scienziati avevano bisogno di assimilarlo nel DNA di un batterio in modo che l'organismo producesse insulina da solo. Hanno usato una varietà di enzimi per farlo, incluso Eco R1, una sostanza chimica che taglia il DNA in una posizione precisa, sulla base delle coppie di basi circostanti. I ricercatori hanno estratto dal batterio piccole molecole di DNA chiamate plasmidi, le hanno tagliate con questi enzimi, quindi hanno usato altri enzimi per ricucire il gene dell'insulina sintetica. Il nuovo plasmide ibrido potrebbe quindi essere inserito nei batteri vivi.
Un serbatoio di fermentazione utilizzato per la coltura di batteri geneticamente modificati (National Museum of American History) Dopo che gli scienziati di Genentech hanno creato con successo batteri con copie del gene dell'insulina, hanno confermato che i microbi potrebbero produrre insulina umana in quantità sufficiente in una vasca di fermentazione come questa. Quindi i batteri geneticamente modificati sono stati trasmessi ai ricercatori di Eli Lilly, che hanno iniziato a produrlo in quantità commerciali per la vendita. Voila: insulina umana sintetica.
Un prototipo di pistola genetica, sviluppato da John Sanford, Ed Wolf e Nelson Allen alla Cornell University (Cornell University) Naturalmente, lo stato della biotecnologia ha continuato ad evolversi negli anni successivi al debutto di Humulin e il museo ha raccolto anche oggetti importanti da quel momento. Uno è un prototipo di una pistola genetica, sviluppato dagli scienziati della Cornell University a metà degli anni '80.
Il dispositivo consente agli scienziati di introdurre più facilmente geni estranei nelle cellule vegetali, rivestendo minuscole particelle di metallo nel DNA e lanciandole sulle cellule vegetali, costringendo una piccola percentuale di materiali genetici a penetrare nei nuclei delle cellule ed entrare nei loro genomi. Il prototipo originale della pistola genetica utilizzava una pistola ad aria modificata come meccanismo di sparo e la tecnica si rivelò efficace quando modificò le cellule di cipolla, scelte per le loro dimensioni relativamente grandi.
La prima macchina a ciclo termico, costruita dagli scienziati della Cetus Corporation (Cetus Corporation) Un'altra successiva innovazione ha dato il via all'era della biotecnologia: la reazione a catena della polimerasi, o PCR, una reazione chimica sviluppata nel 1983 dal biochimico Kary Mullis che ha permesso agli scienziati di moltiplicare automaticamente un campione di DNA in quantità maggiori con un lavoro manuale significativamente inferiore. Il primo prototipo di macchina per PCR, o termociclatore, si basava sulle conoscenze dei ricercatori su come gli enzimi come la DNA polimerasi (che sintetizza il DNA da blocchi più piccoli) funzionavano a varie temperature. Si basava su cicli di riscaldamento e raffreddamento per generare rapidamente grandi quantità di DNA da un piccolo campione.
"The Birth of Biotech" è in mostra al piano terra dell'American History Museum fino ad aprile 2014.
