La investigación científica es una de las ocupaciones más emocionantes y gratificantes.
Frederick Sanger fue un bioquímico británico que ganó el Premio Nobel de Química dos veces, uno de solo dos personas que lo han hecho en la misma categoría; el otro es John Bardeen en física, la cuarta persona en general con dos Premios Nobel, y la tercera persona en general con dos Premios Nobel en las ciencias. En 1958, fue galardonado con el Premio Nobel de Química "por su trabajo sobre la estructura de las proteínas, especialmente la de la insulina". En 1980, Walter Gilbert y Sanger compartieron la mitad del premio de química "por sus contribuciones relativas a la determinación de secuencias de bases en ácidos nucleicos". La otra mitad fue otorgada a Paul Berg "por sus estudios fundamentales de la bioquímica de los ácidos nucleicos, con particular atención al ADN recombinante".
Primeros años y educación
Frederick Sanger nació el 13 de agosto de 1918 en Rendcomb, un pequeño pueblo en Gloucestershire, Inglaterra, el segundo hijo de Frederick Sanger, médico general, y su esposa, Cicely Sanger de soltera Crewdson. Era uno de tres hijos. Su hermano, Theodore, era solo un año mayor, mientras que su hermana May Mary era cinco años menor. Su padre había trabajado como misionero médico anglicano en China pero regresó a Inglaterra debido a problemas de salud. Tenía 40 años en 1916 cuando se casó con Cicely, que era cuatro años menor. El padre de Sanger se convirtió al cuaquerismo poco después del nacimiento de sus dos hijos y educó a los niños como cuáqueros. La madre de Sanger era hija de un rico fabricante de algodón y tenía antecedentes cuáqueros, pero no era cuáquera.
Cuando Sanger tenía alrededor de cinco años, la familia se mudó al pequeño pueblo de Tanworth-in-Arden en Warwickshire. La familia era razonablemente acomodada y empleaba a una institutriz para enseñar a los niños. En 1927, a los nueve años, fue enviado a la Downs School, una escuela preparatoria residencial dirigida por cuáqueros cerca de Malvern. Su hermano Theo estaba un año por delante de él en la misma escuela. En 1932, a los 14 años, fue enviado a la recientemente establecida Bryanston School en Dorset. Esta utilizaba el sistema Dalton y tenía un régimen más liberal que a Sanger le gustaba mucho más. En la escuela le gustaban sus maestros y disfrutaba particularmente de los temas científicos. Capaz de completar su School Certificate un año antes, por el cual recibió siete créditos, Sanger pudo pasar la mayor parte de su último año de escuela experimentando en el laboratorio junto a su maestro de química, Geoffrey Ordish, quien originalmente había estudiado en la Universidad de Cambridge y había sido investigador en el Cavendish Laboratory. Trabajar con Ordish fue un cambio refrescante respecto a sentarse y estudiar libros y despertó el deseo de Sanger de seguir una carrera científica.
En 1936 Sanger fue al St John's College, Cambridge para estudiar ciencias naturales. Su padre había asistido al mismo colegio. Para la Parte I de su Tripos tomó cursos en física, química, bioquímica y matemáticas, pero tuvo dificultades con física y matemáticas. Muchos de los otros estudiantes habían estudiado más matemáticas en la escuela. En su segundo año reemplazó la física con fisiología. Tardó tres años en obtener su Parte I. Para su Parte II estudió bioquímica y obtuvo Honores de Primera Clase. La bioquímica era un departamento relativamente nuevo fundado por Gowland Hopkins con conferenciantes entusiastas que incluían a Malcolm Dixon, Joseph Needham y Ernest Baldwin.
Ambos padres murieron de cáncer durante sus primeros dos años en Cambridge. Su padre tenía 60 años y su madre 58. Como estudiante de pregrado, las creencias de Sanger fueron fuertemente influenciadas por su educación cuáquera. Era pacifista y miembro de la Peace Pledge Union. Fue a través de su participación en el Grupo Científico Antiguerra de Cambridge que conoció a su futura esposa, Joan Howe, quien estudiaba economía en Newnham College. Se cortejaron mientras estudiaba para sus exámenes de Parte II y se casaron después de graduarse en diciembre de 1940. Sanger, aunque criado e influenciado por su educación religiosa, comenzó a perder de vista sus costumbres relacionadas con el cuaquerismo. Comenzó a ver el mundo a través de una lente más científica, y con el crecimiento de su investigación y desarrollo científico se alejó lentamente de la fe en la que creció. No tiene más que respeto por los religiosos y afirma que tomó dos cosas de ello, verdad y respeto por toda la vida. Bajo la Military Training Act de 1939 fue registrado provisionalmente como objetor de conciencia, y nuevamente bajo la National Service Armed Forces Act de 1939, antes de obtener una exención incondicional del servicio militar de un tribunal. Mientras tanto, realizó capacitación en trabajo de asistencia social en el centro cuáquero Spicelands, Devon y sirvió brevemente como auxiliar de hospital.
Sanger comenzó a estudiar para un doctorado en octubre de 1940 bajo N.W. "Bill" Pirie. Su proyecto era investigar si se podía obtener proteína comestible del pasto. Después de poco más de un mes, Pirie dejó el departamento y Albert Neuberger se convirtió en su asesor. Sanger cambió su proyecto de investigación para estudiar el metabolismo de la lisina y un problema más práctico relacionado con el nitrógeno de las patatas. Su tesis tenía el título "El metabolismo del aminoácido lisina en el cuerpo animal". Fue examinado por Charles Harington y Albert Charles Chibnall y obtuvo su doctorado en 1943.
Investigación y carrera
Secuenciación de insulina
Neuberger se trasladó al National Institute for Medical Research en Londres, pero Sanger se quedó en Cambridge y en 1943 se unió al grupo de Charles Chibnall, un químico de proteínas que había asumido recientemente la cátedra en el Departamento de Bioquímica. Chibnall ya había realizado algún trabajo sobre la composición de aminoácidos de la insulina bovina y sugirió que Sanger examinara los grupos amino en la proteína. La insulina podía ser comprada en la cadena de farmacias Boots y era una de las muy pocas proteínas disponibles en forma pura. Hasta este momento Sanger se había financiado a sí mismo. En el grupo de Chibnall fue inicialmente apoyado por el Medical Research Council y luego desde 1944 hasta 1951 por una Beit Memorial Fellowship for Medical Research.
El primer triunfo de Sanger fue determinar la secuencia completa de aminoácidos de las dos cadenas polipeptídicas de la insulina bovina, A y B, en 1952 y 1951, respectivamente. Antes de esto, se suponía ampliamente que las proteínas eran algo amorfas. Al determinar estas secuencias, Sanger demostró que las proteínas tienen una composición química definida.
Para llegar a este punto, Sanger perfeccionó un método de cromatografía de partición desarrollado por primera vez por Richard Laurence Millington Synge y Archer John Porter Martin para determinar la composición de aminoácidos en la lana. Sanger utilizó un reactivo químico 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno, ahora también conocido como reactivo de Sanger, fluorodinitrobenceno, FDNB o DNFB, procedente de investigación de gases venenosos por Bernhard Charles Saunders en el Departamento de Química de la Universidad de Cambridge. El reactivo de Sanger resultó efectivo para etiquetar el grupo amino N-terminal en un extremo de la cadena polipeptídica. Luego hidrolizó parcialmente la insulina en péptidos cortos, ya sea con ácido clorhídrico o usando una enzima como la tripsina. La mezcla de péptidos fue fraccionada en dos dimensiones en una hoja de papel de filtro, primero por electroforesis en una dimensión y luego, perpendicular a esa, por cromatografía en la otra. Los diferentes fragmentos de péptidos de la insulina, detectados con ninhidrina, se movieron a diferentes posiciones en el papel, creando un patrón distinto que Sanger llamó "huellas digitales". El péptido del N-terminus podría ser reconocido por el color amarillo impartido por la etiqueta FDNB y la identidad del aminoácido etiquetado al final del péptido determinada por hidrólisis ácida completa y descubriendo cuál ácido dinitrofenilo-aminoácido estaba presente.
Al repetir este tipo de procedimiento, Sanger pudo determinar las secuencias de los muchos péptidos generados usando diferentes métodos para la hidrólisis parcial inicial. Estos podrían entonces ensamblarse en las secuencias más largas para deducir la estructura completa de la insulina. Finalmente, debido a que las cadenas A y B son fisiológicamente inactivas sin los tres enlaces disulfuro de enlace (dos intercadena, uno intracadena en A), Sanger y colaboradores determinaron sus asignaciones en 1955. La conclusión principal de Sanger fue que las dos cadenas polipeptídicas de la proteína insulina tenían secuencias de aminoácidos precisas y, por extensión, que todas las proteínas tenían una secuencia única. Fue este logro el que le valió su primer premio Nobel de Química en 1958. Este descubrimiento fue crucial para la posterior hipótesis de secuencia de Crick para desarrollar ideas sobre cómo el ADN codifica proteínas.
Secuenciación de ARN
A partir de 1951, Sanger fue miembro del personal externo del Medical Research Council y cuando abrieron el Laboratory of Molecular Biology en 1962, se trasladó de sus laboratorios en el Departamento de Bioquímica de la universidad al piso superior del nuevo edificio. Se convirtió en director de la División de Química de Proteínas.
Antes de su traslado, Sanger comenzó a explorar la posibilidad de secuenciar moléculas de ARN y comenzó a desarrollar métodos para separar fragmentos de ribonucleótidos generados con nucleasas específicas. Este trabajo lo realizó mientras intentaba perfeccionar las técnicas de secuenciación que había desarrollado durante su trabajo en insulina.
El desafío clave en el trabajo fue encontrar una pieza pura de ARN para secuenciar. En el curso del trabajo, descubrió en 1964, junto con Kjeld Marcker, el ARNt formilmetionina que inicia la síntesis de proteínas en bacterias. Fue superado en la carrera por ser el primero en secuenciar una molécula de ARNt por un grupo dirigido por Robert Holley de la Universidad de Cornell, quien publicó la secuencia de los 77 ribonucleótidos del ARNt de alanina de Saccharomyces cerevisiae en 1965. Para 1967, el grupo de Sanger había determinado la secuencia de nucleótidos del ARN ribosomal 5S de Escherichia coli, un pequeño ARN de 120 nucleótidos.
Secuenciación de ADN
Sanger luego pasó a la secuenciación de ADN, que requeriría un enfoque completamente diferente. Examinó diferentes formas de usar la polimerasa de ADN I de E. coli para copiar ADN de una sola hebra. En 1975, junto con Alan Coulson, publicó un procedimiento de secuenciación usando polimerasa de ADN con nucleótidos marcados radiactivamente que llamó la técnica "Plus and Minus". Esto implicaba dos métodos estrechamente relacionados que generaban oligonucleótidos cortos con terminales 3' definidos. Estos podrían ser fraccionados por electroforesis en un gel de poliacrilamida y visualizados usando autorradiografía. El procedimiento pudo secuenciar hasta 80 nucleótidos de una sola vez y fue una gran mejora sobre lo anterior, pero aún era muy laborioso. Sin embargo, su grupo fue capaz de secuenciar la mayoría de los 5.386 nucleótidos del bacteriófago monocatenario φX174. Este fue el primer genoma basado en ADN completamente secuenciado. Para su sorpresa, descubrieron que las regiones codificantes de algunos genes se superponen entre sí.
En 1977, Sanger y colegas introdujeron el método de "terminación de cadena didesoxinucleósido" para secuenciar moléculas de ADN, también conocido como el "método de Sanger". Este fue un avance importante y permitió secuenciar rápida y precisamente tramos largos de ADN. Le valió su segundo premio Nobel de Química en 1980, que compartió con Walter Gilbert y Paul Berg. El nuevo método fue utilizado por Sanger y colegas para secuenciar ADN mitocondrial humano de 16.569 pares de bases y bacteriófago λ de 48.502 pares de bases. El método didesoxinucleósido finalmente se utilizó para secuenciar el genoma humano completo.
Estudiantes de posgrado
Durante el curso de su carrera, Sanger supervisó a más de diez estudiantes de doctorado, dos de los cuales ganaron Premios Nobel. Su primer estudiante de posgrado fue Rodney Porter, quien se unió al grupo de investigación en 1947. Porter compartió posteriormente el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1972 con Gerald Edelman por su trabajo sobre la estructura química de los anticuerpos. Elizabeth Blackburn estudió un doctorado en el laboratorio de Sanger entre 1971 y 1974. Compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2009 con Carol W. Greider y Jack W. Szostak por su trabajo sobre los telómeros y la acción de la telomerasa.
Premios y honores
A partir de 2015, Sanger es la única persona que ha sido galardonada con el Premio Nobel de Química dos veces, y uno de solo cuatro laureados con Premio Nobel dos veces: Los otros tres fueron Marie Curie (Física, 1903 y Química, 1911), Linus Pauling (Química, 1954 y Paz, 1962) y John Bardeen (Física, 1956 y 1972).
- Elegido Fellow de la Royal Society FRS en 1954
- Comandante de la Orden del Imperio Británico – 1963
- Orden de los Compañeros de Honor – 1981
- Orden del Mérito – 1986
- Fellow Correspondiente de la Academia Australiana de Ciencias – 1982
- Premio William Bate Hardy – 1976
- Premio Nobel de Química – 1958, 1980
- Medalla Corday–Morgan – 1951
- Medalla Real – 1969
- Premio Internacional de la Fundación Gairdner – 1971
- Medalla Copley – 1977
- Premio G.W. Wheland – 1978
- Premio Louisa Gross Horwitz de la Universidad de Columbia – 1979
- Premio Albert Lasker para Investigación Médica Básica – 1979
- Premio de la Asociación de Facilidades de Recursos Biomoleculares – 1994
- Premio Golden Plate de la Academia Estadounidense de Logros - 2000
- Premio Citation for Chemical Breakthrough de la División de Historia de la Química de la Sociedad Química Estadounidense – 2016
El Wellcome Trust Sanger Institute, anteriormente el Sanger Centre, lleva su nombre en su honor.
