El artefacto no es sexy ni delicado, como Mallory Warner te dirá. Warner, que trabaja en la división de medicina y ciencia en el Museo Nacional de Historia Americana del Smithsonian, ayuda a seleccionar un gran archivo de artículos que, de alguna manera, han cambiado el curso de la ciencia. Ella señala un analizador de ADN utilizado por científicos en el Proyecto del Genoma Humano (el esfuerzo histórico que produjo el primer plano completo del material genético de un ser humano) y una película fotográfica de un intento de la década de 1970 de construir un gen de insulina sintética. Muchas de las piezas relacionadas con la investigación genética, dice, son "cosas científicas enormes y del tamaño de un refrigerador".
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RICH: Empresa estadounidense: una historia de negocios en América
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El secuenciador del gen Roche 454 GS FLX + DNA, que fue producido entre 2005 y 2015, es en realidad un poco más corto que un refrigerador: pesa más de 500 libras, de acuerdo con las especificaciones oficiales del producto. La máquina Roche también es única: fue el primer secuenciador de genes de próxima generación que se vendió comercialmente. Utilizó una tecnología entonces nueva conocida como secuenciación por síntesis para separar la secuencia de bases que comprenden el código genético.
Incluso el organismo más pequeño, demasiado pequeño para ser visto a simple vista, contiene cientos de genes que trabajan juntos para determinar todo, desde su apariencia hasta la forma en que reacciona a la enfermedad. Estos genes están formados por patrones alternos de bases. Al leer los patrones, un proceso conocido como secuenciación de genes, los científicos pueden aprender mucho sobre cómo funciona un organismo.
Los secuenciadores de próxima generación redujeron drásticamente el costo y el tiempo necesarios para la secuenciación de genes. Aunque eso puede parecer una credencial esotérica, considere que el Proyecto del Genoma Humano tomó alrededor de 13 años y un estimado de $ 3 mil millones para secuenciar todo el genoma humano, basándose en gran medida en un método conocido como secuenciación Sanger. Una máquina Roche 454 de próxima generación podría hacer esa tarea en diez días, según la compañía, haciendo posible que pequeños equipos junten enormes cantidades de datos genéticos en mucho menos tiempo.
Los secuenciadores Roche 454 se han utilizado para desentrañar los misterios genéticos de las fresas, las bacterias y los neandertales; han producido datos que han ayudado a los científicos a comprender la resistencia a las enfermedades en el mundo en desarrollo; y, en un caso memorable, diagnosticó a un joven estadounidense cuya condición dejó perplejos a los médicos durante años.
Los secuenciadores Roche 454 se han utilizado para desentrañar los misterios genéticos de las fresas, las bacterias y los neandertales; han producido datos que han ayudado a los científicos a comprender la resistencia a las enfermedades en el mundo en desarrollo; y, en un caso memorable, diagnosticó a un joven estadounidense cuya condición dejó perplejos a los médicos durante años.
Pero una de las cosas más interesantes que ha hecho un Roche 454 es posiblemente ayudar a asegurar el futuro del chocolate.
Hace unos 25 años, muchas personas se preocuparon profundamente por el suministro mundial de chocolate. El chocolate tal como lo conocemos, en su forma dulce y deliciosa, está hecho de granos de cacao, que son el producto del árbol de cacao Theobroma .
T. cacao es originario de América Central y del Sur, y la gente ha estado cosechando sus frijoles durante siglos. Los europeos se encontraron por primera vez con el árbol de cacao en sus primeros viajes a lo que llamaron el Nuevo Mundo. El producto natural de los granos de cacao es amargo, por lo que los europeos comenzaron a mezclar el chocolate con el azúcar, y comenzó una moda que aún no ha terminado. El chocolate es un negocio multimillonario hoy en día con una demanda creciente proveniente de países como China, India, Rusia y Brasil.
Al cosechar cacao en Ghana, se cortan las vainas y se sacan las semillas y la pulpa. (Centro de Archivos Smithsonian, Museo Nacional de Historia Americana) Pero la demanda emergente se enfrenta a problemas antiguos. Para expandir la producción, los árboles de cacao se trasplantaron a África occidental, donde podían crecer cómodamente en el clima tropical. Sin embargo, los árboles de cacao tardan varios años en madurar, y no son muy productivos: un solo árbol produce vainas aproximadamente suficientes para producir una libra de chocolate cada año.
Aún así, el problema más acuciante parece ser que estos árboles son altamente susceptibles a las enfermedades. A fines de la década de 1980, una plaga devastadora con un nombre fantasioso, el hongo escoba de bruja, comenzó a florecer en los árboles de cacao en la región brasileña de Bahía. La escoba de bruja recibe su nombre de los pequeños racimos de ramas en forma de escoba que se forman en los árboles infectados. En solo una década, la producción de chocolate de Bahía se redujo en más de la mitad. Los científicos y los fabricantes de dulces se aterrorizaron de que la escoba de bruja, o vaina helada, otro hongo devastador que infecta los árboles de cacao, llegaría a granjas en los países de África occidental de Ghana, Costa de Marfil y Nigeria, hogar de muchos de los principales exportadores de cacao en grano del mundo. .
"Nuestro problema era que necesitábamos poder criar árboles que sean resistentes a las vainas heladas y la escoba de bruja antes de que esas enfermedades lleguen a África occidental", dice David Kuhn, un biólogo molecular de investigación para el USDA en Miami. "Porque si [eso] sucede, su barra de chocolate será de $ 35".
Si una barra de chocolate de $ 35 no parece una catástrofe, considere que aproximadamente 6.5 millones de agricultores dependen del chocolate para su sustento y un cambio abrupto en el mercado podría tener efectos devastadores.
Los científicos en Miami estaban buscando reproducir árboles resistentes a enfermedades, pero fue lento. Kuhn explica que “la cría de árboles por naturaleza es un proceso muy lento. Tienes que hacer una cruz, polinizar a mano los árboles, tomar las vainas, tomar las semillas, plantarlas, y luego esperar tres o cinco años para que esos árboles florezcan y luego podrás evaluarlos ”. En otras palabras, toma de tres a cinco años antes de que los científicos puedan determinar si un cultivo particular de árboles ha sido criado con éxito para producir frijoles resistentes a las enfermedades.
Howard Shapiro, de la compañía Mars, reunió y dirigió un equipo mundial de científicos para secuenciar el genoma del cacao. (Centro de Archivos Smithsonian, Museo Nacional de Historia Americana) En 2008, inspirada por el auge de la tecnología de secuenciación, la compañía de dulces Mars, Inc., bajo la dirección de Howard Shapiro, acordó contribuir con $ 10 millones para financiar un proyecto multinacional para secuenciar todo el genoma de T. cacao . Una copia completa podría acelerar el proceso de reproducción al permitir que los científicos y los mejoradores identifiquen más rápidamente qué genes específicos protegen contra la enfermedad. Debido a que el árbol es tropical, un consorcio multinacional evolucionó para trabajar en el proyecto del genoma del cacao. Un equipo en Costa Rica probó un árbol local de T. cacao . El laboratorio de Kuhn en Miami ayudó a extraer el material genético de la planta, y luego lo envió a los laboratorios donde el material genético fue procesado y secuenciado.
T. cacao fue la "primera planta grande que habíamos hecho", dice Keithanne Mockaitis, ex directora de secuenciación de la Universidad de Indiana. Ella había estado trabajando con el Roche 454 y otros secuenciadores de próxima generación durante un par de años, pero el tamaño y los detalles del proyecto T. cacao lo convirtieron en uno de sus proyectos más ambiciosos.
Ella dice que Marte ayudó al presentar científicos, criadores y agricultores de todo el mundo. "Tendríamos conferencias y, a veces, invitarían a los criadores de cacao africanos, y eso fue maravilloso porque pude conocerlos y entender lo que saben", dice Mockaitis.
Los contactos con los agricultores fueron invaluables, en parte porque los datos del proyecto serían de código abierto. Eso significa que los hallazgos de los científicos estarían disponibles en un sitio web, de forma gratuita, para cualquiera que quisiera acceder a ellos.
El primer sitio web público apareció en 2010, con un conjunto completo de resultados. Durante otros tres años, el equipo trabajó para agregar datos y generar un genoma más completo, y lanzaron un documento en 2013. Aunque los desafíos siguen siendo para el chocolate, Mockaitis dice que el genoma es un primer paso positivo.
Hace seis años, Peter Liebhold, presidente de la división de trabajo e industria del museo en el museo, se encontró con el proyecto del genoma del cacao mientras investigaba posibles artefactos para una gran exposición sobre la historia de las empresas estadounidenses. Se sintió atraído por el proyecto de código abierto porque representaba un enfoque novedoso y exitoso para el proceso de investigación y desarrollo.
"Al pensar en I + D, queríamos decir que era importante y logrado de maneras muy diferentes", dice Liebhold. Él propuso la idea de adquirir el secuenciador Roche 454 de la Universidad de Indiana, lo que podría atribuirse a ayudar a ahorrar chocolate.
Aunque la máquina se estaba desvaneciendo por el uso y había sido reemplazada por una tecnología más nueva, estaba programado que el fabricante la descontinuara en 2015, pedir un secuenciador genético completo fue audaz. Durante su apogeo, los secuenciadores cuestan alrededor de $ 700, 000 (ahora que la línea de productos se está acabando, puede comprar uno en eBay por mucho menos). "La alegría de trabajar en el Smithsonian es que puedes hacer pedidos irrazonables de personas", dice Liebhold.
Mockhaitis, una nativa de Virginia que cita sus viajes adolescentes al Smithsonian como una de las razones por las que se convirtió en científica, estaba encantada de escuchar sobre la solicitud. Roche acordó pagar a la Universidad de Indiana para donar su máquina, enviarla y repararla. Mockaitis se había mudado a un nuevo laboratorio, pero complementó la donación con tubos de muestra y placas de prueba de su laboratorio.
Una de las placas donadas por Mockaitis, llamada placa de prueba de picotiter, aparece en la exposición, junto con una foto de los productores de cacao y una réplica de una vaina de cacao. En una foto, el secuenciador reluce sobre un fondo oscuro, sus superficies ordenadas parecen zumbar con la función. Arriba de la foto hay un cuchillo largo y romo que un granjero de cacao podría usar en una cosecha. La brecha entre los dos conjuntos de instrumentos es enorme, pero, como la exhibición intenta demostrar, la brecha se puede cerrar.
"Esta [historia] es particularmente agradable porque es una historia tan global", dice Warner. "Tenemos científicos en toda América del Norte, y el trabajo beneficiará a los agricultores de otras partes del mundo".
En cuanto al secuenciador en sí, actualmente está viviendo en una caja en el almacenamiento del museo. Era demasiado grande para la exposición, dice Warner, pero se lo mostrará a quien lo solicite, incluido, recientemente, a un ejecutivo visitante de Roche. La tecnología, admite Liebhold, "ya no es la vanguardia". El secuenciador fue crítico para la historia, pero ya ha pasado a la historia.
La nueva exposición permanente "American Enterprise", se inauguró el 1 de julio en el Museo Nacional de Historia Americana del Smithsonian en Washington, DC y rastrea el desarrollo de los Estados Unidos desde una pequeña nación agrícola dependiente hasta una de las economías más grandes del mundo.
