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七物中的生物技术史

2019-05-14 21:10:18 文物收藏142℃

  七物中的生物技术史

  直到1982年,任何使用胰岛素治疗糖尿病的人都从我们现在认为的不寻常来源中获得了它:从屠宰场收获的牛和猪的胰腺,并集体运送到制药加工厂。但是以这种方式获得所有胰岛素存在问题 - 肉类市场的波动影响了药物的价格,并且预计糖尿病患者数量的增加使得科学家担心胰岛素供应的短缺可能在未来几十年内发生。

    

      

      

        

          

            

              

                

              

              

              

            

          

        

      

    

    随着第一种合成人胰岛素Humulin的引入,这一切都发生了变化。但这种药物也是另一个原因的里程碑:它是第一个从基因工程中产生的商业产品,由被改变的细菌合成,包括产生人胰岛素的基因。

    

    去年,美国历史博物馆从旧金山公司Genentech获得了一些用于制造Humulin的关键物品,并在上周的一个名为“生物技术的诞生”的展览中展示了它们。展望基因工程时代的曙光。

      

    

    

      Genentech早期遗传研究中使用的电泳设备

      

        (美国国家历史博物馆)

    

    Genentech的工作开始于20世纪70年代由一对湾区科学家,加州大学旧金山分校的Herbert Boyer和斯坦福大学的斯坦利科恩所做的发现:来自多细胞生物的基因,包括人类,可以植入细菌并仍能正常发挥作用。不久之后,他们与风险投资家罗伯特斯旺森合作组建了公司,希望利用基因工程创造出商业上可行的产品。

  

    

    早期,他们认为胰岛素是合乎逻辑的选择。 “很方便。它是一种容易处理的蛋白质,很明显是很多人需要的东西,“史密森学会策展人Diane Wendt说道。

    

    他们的第一个成就之一是在实验室中合成构建人胰岛素基因,一次只有一个遗传碱基对。为了检查其序列的准确性,他们使用了一种称为凝胶电泳的技术,其中电力通过凝胶强制DNA。由于较大的DNA片段比较小的片段迁移得更慢,因此该过程可以有效地过滤遗传物质的大小,使研究人员能够挑选出他们想要的片段,这是早期基因测序方法的关键步骤之一。

    

    电泳仍然被广泛使用,但Genentech捐赠的设备显然比现在实验室中的标准设置更为即兴。 “你可以看到它是手工制作的,”马洛里华纳说,他也曾在展览上工作过。 “他们使用玻璃板和活页夹,因为他们一直在快速工作,他们想要一些可以轻松拆卸和清洁的东西。”

      

    

    

      用于制作小型定制玻璃仪器的微型城堡,在1970年左右制造

      

        (美国国家历史博物馆)

    

    为了操纵DNA和其他微观分子,研究人员使用了各种微小的玻璃仪器。

  他们自己制造了许多这样的工具,其中包括一个名为microforge的设备 - 本质上是一个极端微型的工具车间,配备了自己的显微镜,因此制造商可以看到他们在做什么。

      

    

    

      Eco R1的一个容器,一种在Humulin发展后不久用于Genentech遗传研究的酶

      

        (美国国家历史博物馆)

    

    在合成胰岛素基因后,科学家们需要将其同化为细菌的DNA,以便生物体自身产生胰岛素。他们使用各种酶来做到这一点,包括Eco R1,一种根据周围碱基对在精确位置切割DNA的化学物质。研究人员从细菌中提取称为质粒的小DNA分子,用这些酶切断它们,然后用其他酶将合成的胰岛素基因缝合到位。然后可以将新的杂交质粒插入活细菌中。

      

    

    

      用于培养转基因细菌的发酵罐

      

        (美国国家历史博物馆)

    

    在基因泰克科学家成功地用胰岛素基因的拷贝创造细菌后,他们证实微生物可以在像这样的发酵罐中产生足够量的人胰岛素。然后将转基因细菌传递给Eli Lilly的研究人员,Eli Lilly开始以商业数量出售它。 Voila:合成人胰岛素。

      

    

    

      一种原型基因枪,由康奈尔大学的John Sanford,Ed Wolf和Nelson Allen开发

      

        (康奈尔大学)

    

    当然,在Humulin首次亮相之后的几年里,生物技术的状况不断发展,博物馆也从那时起收集了值得注意的物品。一个是基因枪的原型,由康奈尔大学的科学家在20世纪80年代中期开发。

    

    该设备使科学家更容易将外源基因引入植物细胞,通过在DNA中涂覆微小金属颗粒并在植物细胞中发射它们,迫使一小部分遗传物质渗入细胞核并进入其基因组。最初的基因枪原型使用改进的气枪作为发射机制,并且当它修改洋葱细胞时,该技术被证明是成功的,因为洋葱细胞的尺寸相对较大。

      

    

    

      第一台热循环仪,由Cetus公司的科学家们制造

      

        (Cetus公司)

    

    另一项后来的创新引领了生物技术时代:聚合酶链式反应或PCR,这是1983年由生物化学家Kary Mullis开发的一种化学反应,它允许科学家自动将DNA样本增加到更多的数量而手工工作量明显减少。第一台原型PCR机器或热循环仪是基于研究人员对DNA聚合酶(从较小的构建块合成DNA)等酶在不同温度下发挥作用的了解。它依靠加热和冷却循环从一小部分样品中快速产生大量DNA。

    

    “生物技术的诞生”将于2014年4月在美国历史博物馆的一楼展出。

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