과학 연구는 가장 흥미롭고 보람 있는 직업 중 하나입니다.
Frederick Sanger는 화학 분야에서 노벨상을 두 번 수상한 영국의 생화학자로, 같은 분야에서 두 번 수상한 유일한 두 명 중 한 명입니다(다른 한 명은 물리학 분야의 John Bardeen이며, 노벨상을 두 번 수상한 네 번째 인물이고, 과학 분야에서 노벨상을 두 번 수상한 세 번째 인물입니다). 1958년에는 화학 노벨상을 "단백질의 구조, 특히 인슐린의 구조에 관한 연구"로 수상했습니다. 1980년에는 Walter Gilbert와 Sanger가 화학상의 절반을 "핵산의 염기 서열 결정에 관한 기여"로 공동 수상했습니다. 나머지 절반은 Paul Berg가 "핵산의 생화학에 관한 기초 연구, 특히 재조합 DNA에 관한 연구"로 수상했습니다.
초기 생애 및 교육
Frederick Sanger는 1918년 8월 13일 영국 Gloucestershire의 작은 마을 Rendcomb에서 태어났으며, 의사인 Frederick Sanger와 그의 아내 Cicely Sanger née Crewdson의 둘째 아들입니다. 그는 세 자녀 중 한 명이었습니다. 그의 형 Theodore는 겨우 1살 위였고, 그의 여동생 May Mary는 5살 아래였습니다. 그의 아버지는 중국에서 성공회 의료 선교사로 일했지만 건강 악화로 인해 영국으로 돌아왔습니다. 그는 1916년에 40세였을 때 4살 어린 Cicely와 결혼했습니다. Sanger의 아버지는 두 아들이 태어난 직후 퀘이커 신앙으로 개종했고 자녀들을 퀘이커로 양육했습니다. Sanger의 어머니는 부유한 면화 제조업자의 딸이었고 퀘이커 배경을 가지고 있었지만 퀘이커는 아니었습니다.
Sanger가 약 5살 때 가족은 Warwickshire의 작은 마을 Tanworth-in-Arden으로 이사했습니다. 가족은 상당히 부유했고 아이들을 가르치기 위해 가정교사를 고용했습니다. 1927년 9살의 나이에 그는 Malvern 근처 퀘이커가 운영하는 기숙 준비학교인 Downs School에 입학했습니다. 그의 형 Theo는 같은 학교에서 그보다 1년 먼저 다녔습니다. 1932년 14살의 나이에 그는 최근에 설립된 Dorset의 Bryanston School에 입학했습니다. 이 학교는 Dalton 시스템을 사용했고 Sanger가 훨씬 더 선호하는 더 자유로운 체제를 가지고 있었습니다. 학교에서 그는 교사들을 좋아했고 특히 과학 과목을 즐겼습니다. 1년 일찍 School Certificate를 완료할 수 있었고 7개의 학점을 받은 Sanger는 학교의 마지막 해 대부분을 화학 선생님 Geoffrey Ordish와 함께 실험실에서 실험하며 보낼 수 있었습니다. Ordish는 원래 Cambridge University에서 공부했고 Cavendish Laboratory의 연구원이었습니다. Ordish와의 작업은 책을 읽고 공부하는 것에서 벗어나 상큼한 변화를 주었고 과학 경력을 추구하려는 Sanger의 욕망을 깨웠습니다.
1936년 Sanger는 자연과학을 공부하기 위해 Cambridge의 St John's College에 입학했습니다. 그의 아버지는 같은 college에 다녔습니다. Tripos의 Part I을 위해 그는 물리학, 화학, 생화학, 수학 과정을 수강했지만 물리학과 수학에서 어려움을 겪었습니다. 다른 많은 학생들은 학교에서 더 많은 수학을 공부했습니다. 2학년에 그는 물리학을 생리학으로 대체했습니다. Part I을 얻는 데 3년이 걸렸습니다. Part II를 위해 그는 생화학을 공부했고 1등 명예 학위를 받았습니다. 생화학은 Gowland Hopkins가 설립한 상대적으로 새로운 학과였으며 Malcolm Dixon, Joseph Needham, Ernest Baldwin를 포함한 열성적인 강사들이 있었습니다.
그의 부모는 모두 Cambridge에서의 처음 2년 동안 암으로 사망했습니다. 그의 아버지는 60세였고 그의 어머니는 58세였습니다. 학부생 Sanger는 그의 퀘이커 신앙으로 강하게 영향을 받았습니다. 그는 평화주의자였고 Peace Pledge Union의 회원이었습니다. Cambridge Scientists Anti-War Group과의 관련을 통해 그는 미래의 아내 Joan Howe를 만났으며, 그녀는 Newnham College에서 경제학을 공부하고 있었습니다. 그들은 그가 Part II 시험을 준비하는 동안 사귀었고 1940년 12월 졸업한 후 결혼했습니다. 종교적 신앙으로 자라고 영향을 받은 Sanger는 나중에 자신의 퀘이커 관련 방식을 잃기 시작했습니다. 그는 더 과학적인 렌즈를 통해 세상을 보기 시작했고, 그의 연구와 과학적 발전의 증가에 따라 그는 천천히 자신이 자라난 신앙에서 멀어졌습니다. 그는 종교에 대해 존경심만 있으며 그것으로부터 두 가지를 얻었다고 말합니다: 진실과 모든 생명에 대한 존경입니다. 1939년 Military Training Act에 따라 그는 임시로 양심적 병역거부자로 등록되었고, 1939년 National Service Armed Forces Act에 따라 다시 등록되었으며, 법원에 의해 병역에서 무조건 면제받았습니다. 그 동안 그는 Devon의 퀘이커 중심지인 Spicelands에서 사회 구호 활동 교육을 받았고 병원 수행원으로 잠시 근무했습니다.
Sanger는 1940년 10월 N.W. "Bill" Pirie 지도 아래 박사 학위 연구를 시작했습니다. 그의 프로젝트는 잔디에서 식용 단백질을 얻을 수 있는지 조사하는 것이었습니다. 1개월 조금 지난 후 Pirie는 학과를 떠났고 Albert Neuberger가 그의 조언자가 되었습니다. Sanger는 연구 프로젝트를 lysine의 대사와 감자의 질소에 관한 더 실질적인 문제를 연구하도록 변경했습니다. 그의 논문은 "동물 체내에서의 아미노산 lysine의 대사"라는 제목을 가지고 있었습니다. Charles Harington과 Albert Charles Chibnall에 의해 심사받았고 1943년에 박사 학위를 받았습니다.
연구 및 경력
인슐린 서열화
Neuberger는 London의 National Institute for Medical Research로 이동했지만 Sanger는 Cambridge에 남았고 1943년 최근에 생화학 학과의 의장을 맡은 단백질 화학자 Charles Chibnall의 그룹에 합류했습니다. Chibnall은 이미 소 인슐린의 아미노산 조성에 대한 일부 작업을 수행했으며 Sanger에게 단백질의 아미노 그룹을 살펴볼 것을 제안했습니다. 인슐린은 약국 체인 Boots에서 구입할 수 있었고 순수한 형태로 사용 가능한 매우 드문 단백질 중 하나였습니다. 이때까지 Sanger는 자금을 스스로 조달했습니다. Chibnall의 그룹에서 그는 처음에 Medical Research Council의 지원을 받았고 1944년부터 1951년까지 Beit Memorial Fellowship for Medical Research의 지원을 받았습니다.
Sanger의 첫 번째 성공은 1952년과 1951년에 각각 소 인슐린의 두 폴리펩타이드 체인 A와 B의 완전한 아미노산 서열을 결정한 것이었습니다. 이전까지 단백질이 어느 정도 비정질이라고 광범위하게 가정되었습니다. 이러한 서열을 결정함으로써 Sanger는 단백질이 정의된 화학적 조성을 가지고 있음을 증명했습니다.
이 지점에 도달하기 위해 Sanger는 Richard Laurence Millington Synge과 Archer John Porter Martin이 처음 개발한 분배 크로마토그래피 방법을 개선하여 양모의 아미노산 조성을 결정했습니다. Sanger는 화학 시약 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene을 사용했으며, 이는 현재 Sanger의 시약, fluorodinitrobenzene, FDNB 또는 DNFB로도 알려져 있으며, Cambridge University의 화학과에서 Bernhard Charles Saunders에 의한 독성 가스 연구에서 얻었습니다. Sanger의 시약은 폴리펩타이드 체인의 한쪽 끝에서 N-말단 아미노 그룹을 표지하는 데 효과적이었습니다. 그는 인슐린을 염산을 사용하거나 트립신과 같은 효소를 사용하여 짧은 펩타이드로 부분적으로 가수분해했습니다. 펩타이드의 혼합물을 필터 종이 시트에 2차원으로 분리했으며, 먼저 한 방향으로 전기영동을 한 다음, 그에 수직인 다른 방향으로 크로마토그래피를 수행했습니다. ninhydrin으로 감지한 인슐린의 다양한 펩타이드 조각들은 종이 위의 다양한 위치로 이동하여 Sanger가 "지문"이라고 부르는 독특한 패턴을 만들었습니다. N-말단의 펩타이드는 FDNB 표지로 인한 노란색으로 인식될 수 있었고, 펩타이드 끝의 표지된 아미노산의 정체는 완전한 산 가수분해를 통해 결정되고 그곳에 있는 dinitrophenyl-amino acid를 발견함으로써 결정되었습니다.
이러한 유형의 절차를 반복함으로써 Sanger는 초기 부분 가수분해를 위해 다양한 방법을 사용하여 생성된 많은 펩타이드의 서열을 결정할 수 있었습니다. 이들을 더 긴 서열로 조립하여 인슐린의 완전한 구조를 추론할 수 있었습니다. 마지막으로, A와 B 체인이 3개의 연결 이황화 결합(2개의 체인 간, 1개의 A의 체인 내) 없이 생리적으로 비활성이기 때문에 Sanger와 동료들은 1955년에 이들의 배정을 결정했습니다. Sanger의 주요 결론은 단백질 인슐린의 두 폴리펩타이드 체인이 정확한 아미노산 서열을 가지고 있으며, 확장하면 모든 단백질이 고유한 서열을 가지고 있다는 것이었습니다. 이 성과가 그에게 1958년 화학 노벨상을 받도록 했습니다. 이 발견은 나중에 Crick의 서열 가설을 DNA가 단백질을 코딩하는 방법에 대한 아이디어 개발에 중요했습니다.
RNA 서열화
1951년부터 Sanger는 Medical Research Council의 외부 직원이었으며, 1962년에 Molecular Biology Laboratory를 개설했을 때 그는 대학의 생화학과 실험실에서 새 건물의 최상층으로 이동했습니다. 그는 단백질 화학 부서의 책임자가 되었습니다.
이사하기 전에 Sanger는 RNA 분자의 서열화 가능성을 탐색하기 시작했고 특정 nuclease로 생성된 ribonucleotide 조각을 분리하는 방법을 개발하기 시작했습니다. 이 작업은 인슐린 작업 중에 개발한 서열화 기술을 개선하려는 노력 중에 수행한 작업입니다.
이 작업의 핵심 과제는 서열화할 순수한 RNA를 찾는 것이었습니다. 이 작업 과정에서 그는 1964년 Kjeld Marcker와 함께 박테리아에서 단백질 합성을 개시하는 formylmethionine tRNA를 발견했습니다. 그는 Cornell University의 Robert Holley가 이끄는 그룹에 의해 tRNA 분자를 서열화하는 경쟁에서 졌으며, 그 그룹은 1965년 Saccharomyces cerevisiae의 alanine tRNA의 77개 ribonucleotide의 서열을 발표했습니다. 1967년까지 Sanger의 그룹은 Escherichia coli의 5S 리보솜 RNA의 nucleotide 서열을 결정했으며, 이는 120개의 nucleotide로 이루어진 작은 RNA였습니다.
DNA 서열화
Sanger는 이후 DNA 서열화로 방향을 바꿨으며, 이는 완전히 다른 접근 방식을 필요로 했습니다. 그는 E. coli의 DNA polymerase I를 사용하여 단일 가닥 DNA를 복사하는 다양한 방법을 살펴봤습니다. 1975년 Alan Coulson과 함께 그는 "Plus and Minus" 기술이라고 부르는 방사능 표지된 nucleotide를 사용한 DNA polymerase를 이용한 서열화 절차를 발표했습니다. 이는 정의된 3' termini를 가진 짧은 oligonucleotide를 생성하는 두 개의 밀접하게 관련된 방법을 포함했습니다. 이들은 polyacrylamide gel에서 전기영동으로 분리하고 자동방사선 촬영을 사용하여 시각화할 수 있었습니다. 이 절차는 한 번에 최대 80개의 nucleotide를 서열화할 수 있었고 이전의 것보다 훨씬 개선되었지만 여전히 매우 번거로웠습니다. 그럼에도 불구하고 그의 그룹은 단일 가닥 bacteriophage φX174의 5,386개 nucleotide의 대부분을 서열화할 수 있었습니다. 이는 처음으로 완전히 서열화된 DNA 기반 게놈이었습니다. 놀랍게도 일부 유전자의 코딩 영역이 서로 겹쳤습니다.
1977년 Sanger와 동료들은 DNA 분자를 서열화하기 위한 "dideoxy" 체인-종료 방법을 도입했으며, 이는 "Sanger 방법"으로도 알려져 있습니다. 이는 큰 돌파구였고 DNA의 긴 구간을 빠르고 정확하게 서열화할 수 있게 했습니다. 이는 1980년 화학 노벨상을 받도록 했으며, 이는 Walter Gilbert와 Paul Berg와 공동으로 수상했습니다. 새로운 방법은 Sanger와 동료들에 의해 인간 미토콘드리아 DNA 16,569개 염기쌍 및 bacteriophage λ 48,502개 염기쌍을 서열화하는 데 사용되었습니다. dideoxy 방법은 결국 전체 인간 게놈을 서열화하는 데 사용되었습니다.
대학원 학생
그의 경력 과정에서 Sanger는 10명 이상의 박사 학생을 지도했으며, 그 중 2명은 나중에 노벨상을 수상했습니다. 그의 첫 번째 대학원생은 1947년에 연구 그룹에 합류한 Rodney Porter였습니다. Porter는 나중에 항체의 화학적 구조에 대한 연구로 Gerald Edelman과 함께 1972년 생리학 또는 의학 노벨상을 공동 수상했습니다. Elizabeth Blackburn은 1971년부터 1974년까지 Sanger의 실험실에서 박사 학위를 취득했습니다. 그녀는 telomere와 telomerase의 작용에 관한 연구로 Carol W. Greider와 Jack W. Szostak과 함께 2009년 생리학 또는 의학 노벨상을 공동 수상했습니다.
상 및 명예
2015년 현재 Sanger는 화학 노벨상을 두 번 수상한 유일한 사람이며, 단 4명뿐인 노벨상 2회 수상자 중 한 명입니다: 다른 3명은 Marie Curie(물리학, 1903, 화학
