البحث العلمي هو واحد من أكثر المهن إثارة ومكافأة.
Frederick Sanger كان عالم كيمياء حيوية بريطانياً فاز بجائزة نوبل في الكيمياء مرتين، وهو واحد من شخصين فقط فعلا ذلك في نفس الفئة والآخر هو John Bardeen في الفيزياء، الشخص الرابع عموماً الحاصل على جائزتي نوبل، والشخص الثالث عموماً الحاصل على جائزتي نوبل في العلوم. في عام 1958، تم منحه جائزة نوبل في الكيمياء "لعمله على هيكل البروتينات، وخاصة هيكل الأنسولين". في عام 1980، شارك Walter Gilbert و Sanger نصف جائزة الكيمياء "لمساهماتهما فيما يتعلق بتحديد تسلسل القواعد في الأحماض النووية". تم منح النصف الآخر إلى Paul Berg "لدراساته الأساسية في كيمياء الأحماض النووية، مع الاهتمام الخاص بـ DNA المؤتلف".
الحياة المبكرة والتعليم
وُلد Frederick Sanger في 13 أغسطس 1918 في Rendcomb، وهي قرية صغيرة في Gloucestershire بإنجلترا، الابن الثاني لـ Frederick Sanger، وهو طبيب عام، وزوجته Cicely Sanger ولدت Crewdson. كان واحداً من ثلاثة أطفال. كان أخوه Theodore أكبر منه بعام واحد فقط، بينما كانت أخته May Mary أصغر منه بخمس سنوات. كان والده قد عمل كمبشر طبي أنجليكاني في الصين لكنه عاد إلى إنجلترا بسبب سوء الصحة. كان عمره 40 سنة في عام 1916 عندما تزوج Cicely التي كانت أصغر منه بأربع سنوات. اعتنق والد Sanger الكويكرية قريباً بعد ولادة ابنيه وربّى الأطفال على الكويكرية. كانت والدة Sanger ابنة صاحب مصنع قطن ثري وكان لديها خلفية كويكرية، لكنها لم تكن كويكرية.
عندما كان Sanger يبلغ من العمر حوالي خمس سنوات، انتقلت الأسرة إلى قرية صغيرة تدعى Tanworth-in-Arden في Warwickshire. كانت الأسرة ميسورة الحال بشكل معقول وكانت توظف مربية لتعليم الأطفال. في عام 1927، في سن التاسعة، تم إرساله إلى مدرسة Downs School، وهي مدرسة تحضيرية داخلية تديرها الكويكر بالقرب من Malvern. كان أخوه Theo متقدماً عليه بعام واحد في نفس المدرسة. في عام 1932، في سن الرابعة عشرة، تم إرساله إلى مدرسة Bryanston School المؤسسة حديثاً في Dorset. استخدمت هذه المدرسة نظام Dalton وكانت لها نظام أكثر حرية مما فضله Sanger كثيراً. في المدرسة أحب معلميه واستمتع بشكل خاص بالمواضيع العلمية. كان قادراً على إكمال شهادته المدرسية قبل عام واحد، وحصل على سبع نقاط، مما سمح لـ Sanger بقضاء معظم سنته الأخيرة من المدرسة يجري تجارب في المختبر بجانب معلم الكيمياء الخاص به، Geoffrey Ordish، الذي درس في الأصل في Cambridge University وكان باحثاً في Cavendish Laboratory. العمل مع Ordish كان تغييراً منعشاً عن الجلوس والدراسة من الكتب وأيقظ رغبة Sanger في متابعة مسيرة مهنية علمية.
في عام 1936 ذهب Sanger إلى St John's College في Cambridge لدراسة العلوم الطبيعية. كان والده قد التحق بنفس الكلية. بالنسبة للجزء الأول من Tripos الخاص به، درس الفيزياء والكيمياء والكيمياء الحيوية والرياضيات لكنه واجه صعوبات في الفيزياء والرياضيات. كان العديد من الطلاب الآخرين قد درسوا المزيد من الرياضيات في المدرسة. في سنته الثانية استبدل الفيزياء بالفسيولوجيا. استغرق ثلاث سنوات للحصول على الجزء الأول. بالنسبة للجزء الثاني، درس الكيمياء الحيوية وحصل على درجة أولى متميزة. كانت الكيمياء الحيوية قسماً حديثاً نسبياً أسسه Gowland Hopkins مع محاضرين متحمسين شملوا Malcolm Dixon و Joseph Needham و Ernest Baldwin.
توفي كلا والديه من السرطان خلال سنتيه الأولى في Cambridge. كان والده في سن 60 وكانت والدته في سن 58. كطالب جامعي تأثرت معتقدات Sanger بقوة بتنشئته الكويكرية. كان سلاماً وعضواً في Peace Pledge Union. كان من خلال مشاركته في Cambridge Scientists Anti-War Group أنه التقى بزوجته المستقبلية، Joan Howe، التي كانت تدرس الاقتصاد في Newnham College. تواعدا بينما كان يدرس لامتحانات الجزء الثاني وتزوجا بعد تخرجه في ديسمبر 1940. Sanger، على الرغم من تنشئته وتأثره بتنشئته الدينية، بدأ لاحقاً يفقد بصره عن طرق الكويكرية المرتبطة به. بدأ يرى العالم من خلال عدسة أكثر علمية، وبنمو بحثه والتطور العلمي انجرف ببطء بعيداً عن الإيمان الذي نشأ عليه. ليس لديه سوى احترام للدين ويذكر أنه أخذ شيئين منه، الحقيقة واحترام كل الحياة. بموجب Military Training Act 1939 تم تسجيله مؤقتاً كمعترض ضمير، وأيضاً بموجب National Service Armed Forces Act 1939، قبل أن تمنحه لجنة إعفاءً غير مشروط من الخدمة العسكرية. في غضون ذلك قام بتدريب في عمل الإغاثة الاجتماعية في مركز الكويكر، Spicelands في Devon وعمل بإيجاز كمساعد مستشفى.
بدأ Sanger دراسة الدكتوراه في أكتوبر 1940 تحت إشراف N.W. "Bill" Pirie. كان مشروعه التحقيق فيما إذا كان يمكن الحصول على بروتين صالح للأكل من العشب. بعد أقل قليلاً من شهر، غادر Pirie القسم وأصبح Albert Neuberger مستشاره. غيّر Sanger مشروع بحثه لدراسة استقلاب الليسين ومشكلة عملية أكثر تتعلق بنيتروجين البطاطا. كان عنوان أطروحته، "استقلاب حمض أميني اللايسين في جسم الحيوان". تمت مناقشته من قبل Charles Harington و Albert Charles Chibnall وتم منحه درجة الدكتوراه في عام 1943.
البحث والمسيرة المهنية
تسلسل الأنسولين
انتقل Neuberger إلى National Institute for Medical Research في لندن، لكن Sanger بقي في Cambridge وفي عام 1943 انضم إلى مجموعة Charles Chibnall، وهو عالم كيمياء البروتين الذي تولى مؤخراً رئاسة قسم الكيمياء الحيوية. كان Chibnall قد قام بالفعل ببعض العمل على تكوين الحمض الأميني للأنسولين البقري واقترح أن يركز Sanger على المجموعات الأمينية في البروتين. كان يمكن شراء الأنسولين من سلسلة الصيدليات Boots وكان واحداً من البروتينات القليلة جداً المتوفرة في شكل نقي. حتى هذا الوقت كان Sanger يمول نفسه. في مجموعة Chibnall تم دعمه في البداية من قبل Medical Research Council ثم من عام 1944 إلى 1951 من قبل Beit Memorial Fellowship for Medical Research.
كان أول انتصار لـ Sanger هو تحديد تسلسل الحمض الأميني الكامل للسلاسل متعددة الببتيد للأنسولين البقري، A و B، في عام 1952 و 1951، على التوالي. قبل ذلك، كان يُفترض على نطاق واسع أن البروتينات كانت غير منتظمة نوعاً ما. في تحديد هذه التسلسلات، أثبت Sanger أن البروتينات لها تكوين كيميائي محدد.
للوصول إلى هذه النقطة، حسّن Sanger طريقة كروماتوجرافيا التقسيم التي طورها أولاً Richard Laurence Millington Synge و Archer John Porter Martin لتحديد تكوين الأحماض الأمينية في الصوف. استخدم Sanger كاشفاً كيميائياً 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene المعروف الآن أيضاً باسم Sanger's reagent و fluorodinitrobenzene و FDNB أو DNFB، مصدره من بحث الغاز السام من قبل Bernhard Charles Saunders في قسم الكيمياء في Cambridge University. أثبت Sanger's reagent فعاليته في تسمية مجموعة N-terminal الأمينية في أحد طرفي السلسلة متعددة الببتيد. قام بعد ذلك بتحلل جزئي للأنسولين إلى ببتيدات قصيرة، إما بحمض الهيدروكلوريك أو باستخدام إنزيم مثل التريبسين. تم فصل خليط الببتيدات في بعدين على ورقة ورق مرشح، أولاً بالرحلان الكهربائي في بعد واحد ثم، عمودياً على ذلك، بالكروماتوجرافيا في الآخر. تحركت شظايا الببتيد المختلفة من الأنسولين، المكتشفة باستخدام ninhydrin، إلى مواضع مختلفة على الورقة، مما خلق نمطاً مميزاً أطلق عليه Sanger اسم "البصمات". يمكن التعرف على الببتيد من N-terminus بالون الأصفر الناتج عن تسمية FDNB وتحديد هوية الحمض الأميني المسمى في نهاية الببتيد بواسطة تحلل حمضي كامل واكتشاف حمض ديكلوروفينيل الأميني الموجود هناك.
بتكرار هذا النوع من الإجراء، تمكن Sanger من تحديد تسلسل العديد من الببتيدات المُنتجة باستخدام طرق مختلفة للتحلل الجزئي الأولي. يمكن بعد ذلك تجميعها في التسلسلات الأطول لاستنتاج البنية الكاملة للأنسولين. أخيراً، لأن السلاسل A و B غير نشطة فسيولوجياً بدون ثلاثة روابط ثنائي كبريتيد محددة روابط بين السلاسل، رابطة واحدة داخل السلسلة على A، قام Sanger والعاملون معه بتحديد تعييناتها في عام 1955. كان الاستنتاج الرئيسي لـ Sanger هو أن السلاسل متعددة الببتيد الاثنتين من بروتين الأنسولين لها تسلسلات حمضية أمينية دقيقة وبالتمديد أن كل بروتين له تسلسل فريد. كان هذا الإنجاز هو الذي حصل له على جائزة نوبل الأولى في الكيمياء في عام 1958. كان هذا الاكتشاف حاسماً لفرضية التسلسل اللاحقة من Crick لتطوير أفكار حول كيفية ترميز DNA للبروتينات.
تسلسل الحمض النووي الريبوسي
منذ عام 1951 كان Sanger عضواً في الموظفين الخارجيين للمجلس الطبي للأبحاث وعندما فتحوا Laboratory of Molecular Biology في عام 1962، انتقل من مختبراته في قسم كيمياء البروتين بالجامعة إلى الطابق العلوي من المبنى الجديد. أصبح رئيس قسم كيمياء البروتين.
قبل نقله، بدأ Sanger استكشاف إمكانية تسلسل جزيئات RNA وبدأ تطوير طرق لفصل شظايا الريبونوكليوتيد المُنتجة باستخدام النيوكليازات المحددة. قام بهذا العمل أثناء محاولته تحسين تقنيات التسلسل التي طورها خلال عمله على الأنسولين.
كان التحدي الرئيسي في العمل هو العثور على قطعة نقية من RNA لتسلسلها. في مسار العمل اكتشف في عام 1964، مع Kjeld Marcker، حمض الريبونوكليك الناقل formylmethionine الذي يبدأ تخليق البروتين في البكتيريا. تمت الإحاطة به في السباق ليكون الأول في تسلسل جزيء RNA من قبل مجموعة بقيادة Robert Holley من Cornell University، الذي نشر تسلسل 77 ريبونوكليوتيد من alanine tRNA من Saccharomyces cerevisiae في عام 1965. بحلول عام 1967 حدد Sanger وفريقه تسلسل النوكليوتيد للحمض النووي الريبوسومي 5S من Escherichia coli، وهو حمض نووي صغير بـ 120 نوكليوتيد.
تسلسل DNA
ثم انتقل Sanger إلى تسلسل DNA، والذي سيتطلب نهجاً مختلفاً تماماً. نظر في طرق مختلفة لاستخدام DNA polymerase I من E. coli لنسخ DNA أحادي الخيط. في عام 1975، جنباً إلى جنب مع Alan Coulson، نشر إجراء تسلسل باستخدام DNA polymerase مع النوكليوتيدات المسمومة بالإشعاع الذي أطلق عليه اسم "Plus and Minus" technique. تضمن هذا طريقتين وثيقتي الصلة أنتجتا قلة السكريات الصغيرة مع نهايات 3' محددة. يمكن فصل هذه بالرحلان الكهربائي على هلام الپولي أكريلاميد والرؤية باستخدام autoradiography. يمكن للإجراء تسلسل ما يصل إلى 80 نوكليوتيد في المرة الواحدة وكان تحسناً كبيراً على ما حدث من قبل، لكنه كان لا يزال شاقاً جداً. مع ذلك، تمكن فريقه من تسلسل معظم 5,386 نوكليوتيد من bacteriophage φX174 أحادي الخيط. كان هذا أول جينوم قائم على DNA تم تسلسله بالكامل. لدهشتهم اكتشفوا أن المناطق المشفرة لبعض الجينات تداخلت مع بعضها البعض.
في عام 1977 قدّم Sanger والزملاء طريقة "dideoxy" لإنهاء السلسلة لتسلسل جزيئات DNA، المعروفة أيضاً باسم "طريقة Sanger". كان هذا نقطة تحول رئيسية وسمح بتسلسل امتدادات طويلة من DNA بسرعة ودقة. حصل على جائزة نوبل الثانية في الكيمياء في عام 1980، والتي شاركها مع Walter Gilbert و Paul Berg. تم استخدام الطريقة الجديدة من قبل Sanger والعاملين معه لتسلسل DNA الميتوكوندريا البشري 16,569 قاعدة زوج و bacteriophage λ 48,502 قاعدة زوج. تم استخدام طريقة dideoxy في النهاية لتسلسل الجينوم البشري بأكمله.
طلاب الدراسات العليا
خلال مسيرته الوظيفية أشرف Sanger على أكثر من عشرة طلاب دكتوراه، اثنان منهم حصلا لاحقاً على جوائز نوبل. كان طالب الدراسات العليا الأول له هو Rodney Porter الذي انضم إلى مجموعة البحث في عام 1947. شارك Porter لاحقاً جائزة نوبل 1972 في الفسيولوجيا أو الطب مع Gerald Edelman لعمله على البنية الكيميائية للأ
