Frederick Sanger
13 Ağustos 1918 – 19 Kasım 2013 tarihleri arasında yaşamını sürdürmüş olan Nobel Kimya Ödülü’nü iki kez kazanan İngiliz biyokimyacıdır. 1958’de proteinlerin yapısı, özellikle de insülin konusundaki çalışmaları için kimya dalında Nobel ödülü aldı. 1980’de Walter Gilbert ve Sanger kimya ödülünün yarısını nükleik asitlerdeki baz dizilişlerinin belirlenmesine ilişkin katkılarından dolayı paylaştılar. Diğer yarısı, Paul Berg’e nükleik asitlerin biyokimyası üzerine, özellikle rekombinant-DNA’ya ilişkin temel çalışmaları için verildi. Tek başına ya da başkalarıyla birlikte iki Nobel Ödülü alan dört kişiden biri oldu.
Erken Yılları
Frederick, 13 Ağustos 1918’de İngiltere Rendcomb’da dünyaya geldi. Ailenin üç çocuğundan biri olmasının yanı sıra ikinci erkek çocuğuydu. Erkek kardeşi ondan bir yaş büyük iken, kız kardeşi Mary beş yaş küçüktü. Babası başka bir ülkede Anglikan misyoneri olarak çalıştı ancak daha sonra kötüleşen sağlığı nedeniyle İngiltere’ye döndü. İki oğlu doğduktan kısa süre sonra Sanger’in babası Quakerism’e geçmeye karar verdi. Sonuç olarak, Frederick ve kardeşleri Quakers olarak yetiştirildi.
Frederick beş yaşındayken ailesi Warwickshire’daki küçük bir köye taşındı. Aile oldukça zengindi ve çocuklarına ders öğretmesi için bir öğretmen tuttular. 1927’de dokuz yaşındayken Frederick, Downs Okulu’na gönderildi. Bu, Malvern’ın yanında bulunan Quakers’ler tarafından yönetilen bir hazırlık okuluydu. 1932’de 14 yaşındayken Dorset’teki Bryanston Okulu’na katıldı. Bu okul Dalton sistemini kullanıyordu. Okul, Frederick’in tercih ettiğinden çok daha fazla liberal bir rejime sahipti.
Eğitimi
Sanger, doktor olan Frederick Sanger’in ve bir zengin pamuk üreticisinin kızı olan Cicely Crewsdon Sanger’in ortanca çocuğuydu. Aile, babasının izinden gitmesini ve tıp doktoru olmasını bekledi. Frederick yeterince düşündükten sonra, bilim insanı olmaya karar verdi. 1936’da Sanger, Cambridge’de ki St. John’s College girdi. Başlangıçta kimya ve fizik üzerine yoğunlaştı, ancak daha sonra biyokimya alanına yöneldi. 1939’da lisans derecesini aldı ve Cambridge’de, bir yıl daha biyokimyada ileri bir ders almak için kaldı. Joan Howe ile 1940’da evlendi ve sonrasında üç tane çocukları oldu.
Quaker olarak yetiştirilmesinden dolayı, Sanger vicdani retçiydi. İkinci Dünya Savaşı başladığında Bristol yakınlarındaki bir hastanede düzenli olarak görevlendirildi. Kısa süre içinde Cambridge’i ziyaret ederek biyokimya alanında doktora programına girmeye karar verdi. Birkaç araştırmacı, özellikle paraya ihtiyacı olmayan bir öğrencinin olmasını istemişti. Biyokimyager Albert Neuberger ile lisin metabolizmasını inceledi. Ayrıca patateslerden azot analizi yaparak, savaş sırasında ülkesine destek sağlayacak bir projesi vardı. Sanger, 1943’te doktora unvanını aldı.
İnsülin Araştırması
Biyokimyager Albert C. Chibnall ve protein araştırma grubu, Londra’daki Imperial College’den Cambridge’deki biyokimya bölümüne, savaş zamanı daha güvenli diye geçti. O sırada protein araştırmacıları arasında iki fikir vardı. İlk grup, proteinlerin kimyasal analizlere kolaylıkla uymayan karmaşık karışımlar olduğunu düşünüyordu. Chibnall, belirli bir proteini farklı bir kimyasal bileşik olarak gören diğer gruba dahil oldu.
Chibnall, Sanger gruba katıldığında insülin üzerinde çalışıyordu. Chibnall’ın önerisiyle, Sanger, insülinin serbest amino gruplarını tanımlamak ve ölçmek için çalışmaya başladı. Sanger, amino gruplarının sarı renkli türevlerini üretmek için dinitroflorobenzen kullanarak bir yöntem geliştirdi. Yeni bir ayırma tekniği olan bölme kromatografisi hakkında bilgi yakın zamanda yayınlanmıştı. Sanger’in kariyeri, yeni tekniğin işlenmiş proteinin hidroliz ürünlerini ayırmadaki faydasını hemen anlamasıyla belirlendi. İnsülin, fenilalanin ve glisin için iki uç amino grubu tespit etti ve bu da insülinin iki tür zincirden oluştuğunu gösteriyordu. İlk lisansüstü öğrencisi Rodney Porter ile birlikte çalışarak Sanger, bu yöntemi diğer bazı proteinlerin amino terminal gruplarını incelemek için kullandı. (Porter daha sonra 1972 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü, antikorların kimyasal yapısını belirlemedeki çalışmalarıyla paylaştı.)
İnsülin zincirlerinin disülfür bağlantıları tarafından bir araya getirildiği varsayımıyla, Sanger zincirleri oksitledi ve iki fraksiyonu ayrıştırdı. Bir fraksiyonun amino terminalinde fenilalanin vardı diğerinde glisin. Tam asit hidrolizi, insülini, bileşen amino asitlerine indirgeyerek, kısmi asit hidrolizi birkaç amino asitten oluşan insülin peptidleri üretir. Yakın zamanda tanıtılan yeni bir teknik olan kağıt kromatografisini kullanarak, Sanger her zincirin amino terminal peptitlerini dizileyerek, bir proteinin belirli bir bölgede spesifik bir dizilişe sahip olduğunu ilk kez gösterdi. Kısmi asit hidrolizi ve enzimatik hidrolizin bir kombinasyonu, Sanger ve Avusturya biyokimyacı Hans Tuppy’nin insülinin fenilalanin zincirindeki amino asitlerin tam dizilişini belirlemesine izin verdi. Benzer şekilde, Sanger ve Avustralyalı biyokimyacı E.O.P. Thompson, glisin zincirinin sırasını belirledi.
İki problem kaldı: amid gruplarının dağılımı ve disülfür bağlantılarının yeri. 1954’deki bu iki bulmacanın tamamlanmasının ardından Sanger insülin yapısını çıkardı. Bir proteini dizen ilk insan olan Sanger, 1958’de Nobel Kimya Ödülü aldı.
Sanger ve arkadaşları, insülin çalışmalarını sürdürdüler, insülini çeşitli diğer türlerden sıraladılar ve sonuçları karşılaştırdılar. Yeni tanıtılan radyoaktif işaretleme tekniklerini kullanan Sanger, aktif merkezlerin amino asit dizilerini birkaç enzimden haritalandırdı. Bu çalışmaların başka bir türü, lisansüstü öğrencisi olan Arjantin doğumlu immünolog César Milstein ile yapıldı. (Milstein daha sonra, monoklonal antikorların üretilmesi ilkesini keşfederek1984 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülünü paylaştı.)
RNA Araştırması
1962 yılında Tıp Araştırma Konseyi, yeni moleküler biyoloji laboratuvarını Cambridge’de açtı. Avustralya doğumlu İngiliz biyokimyacı Max Perutz, İngiliz biyokimyacı John Kendrew ve İngiliz biyofizikçi Francis Crick yeni laboratuvara taşındı. Sanger onlara, protein bölümü başkanı olarak katıldı. Perutz ve Kendrew’un 1962 Nobel Kimya Ödülü’nü paylaştıkları ve Crick’in, 1962 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülünü Amerikalı genetikçi James D. Watson ve Yeni Zelanda doğumlu İngiliz biyofizikçi Maurice Wilkins ile paylaşmalarından kaynaklı grup oldukça başarılıydı. DNA keşfi (deoksiribonükleik asit) ve Sanger’in yeni laboratuvardaki nükleik asit gruplarıyla etkileşimi, ribonükleik asit (RNA) üzerine araştırmalara yol açtı. RNA molekülleri proteinlerden çok daha büyüktür, bu yüzden teknik geliştirme için yeterince küçük moleküller elde etmek zordu. Alanin transfer RNA dizilişini yapan ilk kişiler; Amerikalı biyokimyager Robert W. Holley ve arkadaşlarıdır. Sanger’in insülin için kullandığı methodu kısmi hidroliz yöntemleri için kullandılar. Diğer RNA türlerinden farklı olarak, transfer RNA’larının alışılmadık nükleotidleri vardır.
Bu kısmi hidroliz yöntemi, sadece dört çeşit nükleotid içeren diğer RNA molekülleri ile iyi çalışmıyordu, bu nedenle yeni bir strateji gerekliydi. Sanger’in laboratuvarının amacı, bir haberci RNA’yı sıralamak ve genetik kodu belirlemekti, böylece nükleotid gruplarının amino asitleri nasıl kodladığının bulmacasını çözecekti. İngiliz biyokimyacılar George G. Brownlee ve Bart G. Barrell ile birlikte çalışan Sanger, RNA dizilimi için iki boyutlu bir elektroforez yöntemi geliştirdi. Sekans metodları hazırlandığında, kod, laboratuvarda protein sentezi tekniklerini kullanarak, başta Amerikan biyokimyacı Marshall Nirenberg ve Hint kökenli Amerikalı biyokimyager Har Gobind Khorana olmak üzere diğer araştırmacılar tarafından çözüldü. Sanger’in grubunun RNA dizisi çalışması genetik kodu onayladı.
DNA Araştırması
1970’lerin başında Sanger, deoksiribonükleik asit (DNA) ile ilgilendi. DNA dizisi çalışmaları, DNA moleküllerinin muazzam boyutları ve DNA’nın daha küçük parçalara bölünmesi için uygun enzimlerin bulunmaması nedeniyle gelişmemişti. İsviçreli kimyager Charles Weissmann’ın bakteriyofaj RNA’sı üzerine yaptığı çalışmalarında kullandığı enzim kopyalama yaklaşımına dayanarak, Sanger enzim DNA polimerazı kullanarak tek iplikli şablonlardan yeni DNA zincirleri oluşturmaya ve yeni DNA’ya radyoaktif nükleotidler vermeye başladı. DNA polimerazı, şablon telinin bilinen bir bölgesine bağlanabilen bir primer gerektiriyordu. Erken başarı, uygun astar eksikliğinden dolayı sınırlıydı. Sanger ve İngiliz meslektaşı Alan R. Coulson, hızlı DNA dizilimi için “artı ve eksi” yöntemi geliştirdi. Kısmi hidrolizi kullanmadığı için eski yöntemler radikal bir ayrımı temsil ediyordu. Bunun yerine, poliakrilamid jel elektroforezi kullanılarak ayrılabilen çeşitli uzunluklarda bir dizi DNA molekülü üretti. Hem artı hem de eksi sistemler için DNA şablonlardan sentezlendi ve DNA moleküllerinin rastgele kümelerini çok kısa ve çok uzun sürede üretildi. Hem artı hem eksi setler aynı jel üzerinde ayrıldığında, sekans her iki sistemden de okunabilir, biri diğerini teyit ederdi. 1977’de Sanger’in grubu, dizilenecek ilk eksiksiz genom olan bakteriyofaj, ΦX174’ün DNA dizisinin çoğunu tamamlamak için bu sistemi kullandı.
Birkaç sorun artı ve eksi sistemde kaldı. Sanger, Coulson ve İngiliz meslektaşı Steve Nicklen, dideoksinükleotid zincir sonlandırıcı inhibitörleri kullanarak benzer bir prosedür geliştirdiler. DNA, bir inhibitör molekül şeklinde büyüyen DNA zincirine dahil oluncaya kadar sentezlendi. Her biri farklı bir inhibitör ile dört reaksiyonu kullanarak, her nükleotitde biten DNA fragmanları oluşturuldu. Örneğin, A reaksiyonunda, A ile biten bir dizi DNA fragmanı üretildi (adenin). C reaksiyonunda, C (sitozin) ile biten bir dizi DNA fragmanı üretildi ve bu şekilde G (guanin) ve T (timin) için üretildi. Dört reaksiyon bir jel üzerinde yan yana ayrıldığında ve bir otoradyograf geliştirildiğinde, dizi filmden okundu. Sanger ve arkadaşları, insan mitokondriyal DNA’sını dizilemek için dideoksi yöntemini kullandılar. DNA dizileme yöntemlerine yaptığı katkılardan dolayı Sanger, 1980 Nobel Kimya Ödülü’nü aldı. 1983’te emekli oldu.
Ek Başarıları
Sanger’in ek onurlandırmaları, Kraliyet Cemiyeti (1954), Kraliyet Cemiyeti Kraliyet Madalyası (1969) ve Copley Madalyası (1977) alan İngiliz İmparatorluğu Düzeni Komutanı seçildi (1963) ve Onur Rehinleri (1981) ve Merit Emir (1986) seçimi.
1993 yılında Wellcome Trust ve İngiliz Tıbbi Araştırma Konseyi bir genom araştırma merkezi kurarak adını Wellcome Trust Sanger Enstitüsü yaptılar.
