Фредерик Сэнгер: Екі рет Нобель сыйлығының иесі, биохимия ғалымы
Frederick Sanger
Фредерик Сэнгер: британский биохимик, дважды лауреат Нобелевской премии за вклад в определение структуры инсулина и разработку метода секвенирования ДНК.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Британдық биохимик (1918–2013)
British biochemist (1918–2013)
Фредерик Сэнгер (13 тамыз 1918 – 19 қараша 2013) – химия саласындағы Нобель сыйлығын екі рет алған британдық биохимик. Ол 1958 жылы инсулиннің және көптеген басқа ақуыздардың аминқышқылдық тізбегін анықтағаны үшін химия бойынша Нобель сыйлығын жеңіп алды, соның нәтижесінде әрқайсысының өзіне тән, нақты құрылымы бар екенін көрсетті; бұл молекулалық биологияның негізгі қағидасы үшін маңызды жаңалық болды. Кембридждегі жаңадан салынған Молекулалық биология зертханасында ол алғашқы ДНК тізбектеу әдісін жасады және оны жетілдірді, бұл молекулалық биологиядағы жүзеге асыруға болатын тәжірибелердің санын едәуір арттырды және бүгінгі күні де кеңінен қолданылуда. Осы үлкен жетістігі үшін ол 1980 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын Уолтер Гилберт пен Пол Бергпен бөлісті. Ол бір санатта бірнеше Нобель сыйлығын жеңіп алған үш адамның бірі (қалғандары – физикадан Джон Бардин және химиядан Карл Барри Шарплес), және екі Нобель сыйлығына ие болған бес адамның бірі.
Frederick Sanger ('/s//æ//ŋ//ər/; 13 August 1918 – 19 November 2013) was a British biochemist who received the Nobel Prize in Chemistry twice. He won the 1958 Chemistry Prize for determining the amino acid sequence of insulin and numerous other proteins, demonstrating in the process that each had a unique, definite structure; this was a foundational discovery for the central dogma of molecular biology. At the newly constructed Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, he developed and subsequently refined the first ever DNA sequencing technique, which vastly expanded the number of feasible experiments in molecular biology and remains in widespread use today. The breakthrough earned him the 1980 Nobel Prize in Chemistry, which he shared with Walter Gilbert and Paul Berg. He is one of only three people to have won multiple Nobel Prizes in the same category (the others being John Bardeen in physics and Karl Barry Sharpless in chemistry), and one of five persons with two Nobel Prizes.
Ерте өмір және білім
Фредерик Сангер 1918 жылғы 13 тамызда Англияның Глостерширдегі шағын Рендкомб ауылында дүниеге келді. Ол жалпы тәжірибелі дәрігер Фредерик Сангердің және оның әйелі Сисили Сангердің (қыз есімі Крудсон) екінші ұлы болды. Ол үш баланың бірі еді. Оның ағасы Теодор бір жасқа ғана үлкен болса, қарындасы Мэй (Мэри) бес жас кіші еді. Әкесі Қытайда англикандық медициналық миссионер болып жұмыс істеген, бірақ денсаулығына байланысты Англияға оралған. 1916 жылы ол Сисилиге үйленгенде 40 жаста болды, ал Сисили одан төрт жас кіші еді. Сангердің әкесі екі ұлы дүниеге келгеннен кейін көп ұзамай квакерлікке өтіп, балаларын квакерлер ретінде тәрбиеледі. Сангердің анасы бай мақта өндірушінің қызы және квакерлік тамырлары бар еді, бірақ өзі квакер емес еді. 1935 жылы колледжге түсуге дайындық кезінде Сангер Германияның оңтүстігіндегі Шлюль Шлосс Салем мектебіне алмасу бағдарламасы бойынша жіберілді. Мектепте спортқа ерекше мән берілгендіктен, Сангер басқа студенттерге қарағанда оқу материалын жақсы меңгерді. Ол әр күнді Гитлердің «Менің күресім» кітабын оқумен және «Сieg Heil!» сәлемімен бастауды білгенде қатты таң қалды. 1936 жылы Сангер табиғат ғылымдарын оқу үшін Кембридждегі Сент-Джон колледжіне түсті. Оның әкесі де сол колледжді бітірген. Бірінші бөлімде ол физика, химия, биохимия және математика пәндерін оқыды, бірақ физика мен математикамен күресті. Көптеген басқа студенттер мектепте математиканы жақсы оқыған. Екінші курста ол физиканы физиологиямен ауыстырды. Бірінші бөлімін аяқтауға үш жыл кетті. Екінші бөлімінде ол биохимияны оқып, бірінші сыныпты дипломмен бітірді. Биохимия Гоуленд Хопкинс құрған салыстырмалы түрде жаңа кафедра болды, онда Малкольм Диксон, Джозеф Нидхэм және Эрнест Болдуин сияқты ынталы оқытушылар жұмыс істеді. 1939 жылғы Әскери дайындық заңы бойынша ол уақытша саналы қарсылық білдіруші ретінде тіркелді, содан кейін 1939 жылғы Ұлттық қызмет (Қарулы күштер) заңы бойынша да тіркелді, бірақ әскери қызметтен толық босатуды сот арқылы алды. Осы уақыт аралығында ол Девон, Спайслендс қаласындағы квакер орталығында әлеуметтік көмек жұмысы бойынша оқудан өтті және қысқа мерзімге ауруханада санитар болып жұмыс істеді. және картоптың азотымен байланысты практикалық мәселелерді зерттеді. Оның диссертациясы «Жануарлар организмінде аминқышқылы лизиннің метаболизмі» деп аталады. Оны Чарльз Харрингтон және Альберт Чарльз Чибналл тексерді және 1943 жылы докторлық диплом алды. Чибналл бұқа инсулинінің аминқышқылы құрамын зерттеген болатын және Сангерге ақуыздағы амин топтарын қарастыруды ұсынды. Инсулинді «Boots» дәріханалар желісінен сатып алуға болады, ол таза түрінде қол жетімді болатын өте сирек ақуыздардың бірі еді. Осы уақытқа дейін Сангер өзін өзі қаржыландырып келген. Чибналл тобында ол бастапқыда Медициналық зерттеулер кеңесінің қолдауымен, содан кейін 1944 жылдан 1951 жылға дейін Медициналық зерттеулерге арналған Бейт мемориалдық стипендиясымен қамтамасыз етілді. Бұрын ақуыздардың құрылымы нашар анықталған деп есептелген. Бұл тізбектерді анықтау барысында Сангер ақуыздардың нақты химиялық құрамы бар екенін дәлелдеді. Содан кейін ол инсулинді тұз қышқылымен немесе трипсин сияқты ферменттермен қысқа пептидтерге ішінара гидролиздеді. Пептидтердің қоспасы сүзгі қағазында екі өлшемде бөлінді, біріншіден электрофорез арқылы, екіншіден хроматография арқылы. Нингидринмен анықталған инсулиннің әртүрлі пептидтік фрагменттері қағазда әртүрлі орындарға жылжыды, Сангер «саусақ іздері» деп атаған ерекше үлгі жасады. N-ұшындағы пептид FDNB белгісімен берілген сары түс арқылы танылды және пептидтің соңындағы таңбаланған аминқышқылы толық қышқылдық гидролиз арқылы анықталды, содан кейін қандай динитрофенил аминқышқылы бар екені анықталды. Сангердің негізгі қорытындысы инсулиннің екі полипептидтік тізбегінің нақты аминқышқылы тізбектері бар екендігі және, демек, әрбір ақуыздың бірегей тізбегі бар екендігі болды. Осы жетістігі үшін ол 1958 жылы химия саласындағы алғашқы Нобель сыйлығын алды. Бұл жаңалық Фрэнсис Криктің ДНК ақуыздарды қалай кодтайтыны туралы идеяларды дамытуына негіз болған тізбектік гипотезасы үшін маңызды болды.
Frederick Sanger was born on 13 August 1918 in Rendcomb, a small village in Gloucestershire, England, the second son of Frederick Sanger, a general practitioner, and his wife, Cicely Sanger (née Crewdson). He was one of three children. His brother, Theodore, was only a year older, while his sister May (Mary) was five years younger. His father had worked as an Anglican medical missionary in China but returned to England because of ill health. He was 40 in 1916 when he married Cicely, who was four years younger. Sanger's father converted to Quakerism soon after his two sons were born and brought up the children as Quakers. Sanger's mother was the daughter of an affluent cotton manufacturer and had a Quaker background, but was not a Quaker. In 1935, prior to heading off to college, Sanger was sent to Schule Schloss Salem in southern Germany on an exchange program. The school placed a heavy emphasis on athletics, which caused Sanger to be much further ahead in the course material compared to the other students. He was shocked to learn that each day was started with readings from Hitler's Mein Kampf, followed by a Sieg Heil salute. In 1936 Sanger went to St John's College, Cambridge, to study natural sciences. His father had attended the same college. For Part I of his Tripos he took courses in physics, chemistry, biochemistry and mathematics but struggled with physics and mathematics. Many of the other students had studied more mathematics at school. In his second year he replaced physics with physiology. He took three years to obtain his Part I. For his Part II he studied biochemistry and obtained a 1st Class Honours. Biochemistry was a relatively new department founded by Gowland Hopkins with enthusiastic lecturers who included Malcolm Dixon, Joseph Needham and Ernest Baldwin. Under the Military Training Act 1939 he was provisionally registered as a conscientious objector, and again under the National Service (Armed Forces) Act 1939, before being granted unconditional exemption from military service by a tribunal. In the meantime he undertook training in social relief work at the Quaker centre, Spicelands, Devon and served briefly as a hospital orderly. and a more practical problem concerning the nitrogen of potatoes. His thesis had the title, "The metabolism of the amino acid lysine in the animal body". He was examined by Charles Harington and Albert Charles Chibnall and awarded his doctorate in 1943. Chibnall had already done some work on the amino acid composition of bovine insulin and suggested that Sanger look at the amino groups in the protein. Insulin could be purchased from the pharmacy chain Boots and was one of the very few proteins that were available in a pure form. Up to this time Sanger had been funding himself. In Chibnall's group he was initially supported by the Medical Research Council and then from 1944 until 1951 by a Beit Memorial Fellowship for Medical Research. Prior to this it was widely assumed that proteins were somewhat amorphous. In determining these sequences, Sanger proved that proteins have a defined chemical composition. He then partially hydrolysed the insulin into short peptides, either with hydrochloric acid or using an enzyme such as trypsin. The mixture of peptides was fractionated in two dimensions on a sheet of filter paper, first by electrophoresis in one dimension and then, perpendicular to that, by chromatography in the other. The different peptide fragments of insulin, detected with ninhydrin, moved to different positions on the paper, creating a distinct pattern that Sanger called "fingerprints". The peptide from the N terminus could be recognised by the yellow colour imparted by the FDNB label and the identity of the labelled amino acid at the end of the peptide determined by complete acid hydrolysis and discovering which dinitrophenyl amino acid was there. Sanger's principal conclusion was that the two polypeptide chains of the protein insulin had precise amino acid sequences and, by extension, that every protein had a unique sequence. It was this achievement that earned him his first Nobel prize in Chemistry in 1958. This discovery was crucial to the later sequence hypothesis of Francis Crick for developing ideas of how DNA codes for proteins.
РНК тізбесін анықтау
1951 жылдан бастап Сангер Медициналық зерттеулер кеңесінің штатындағы қызметкер болды. 1965 жылы Корнелл университетінің Роберт Холли басқаратын тобы Saccharomyces cerevisiae ашытқысынан аланин тРНК-ның 77 рибонуклеотидінің тізбегін жариялап, тРНК молекуласын бірінші болып тізбектеп алуда Сангерден озып кетті. 1967 жылы Сангердің тобы Escherichia coli бактериясынан алынған 120 нуклеотидтен тұратын 5S рибосомалық РНК-ның нуклеотидтік реттілігін анықтады.
From 1951 Sanger was a member of the external staff of the Medical Research Council He was beaten in the race to be the first to sequence a tRNA molecule by a group led by Robert Holley from Cornell University, who published the sequence of the 77 ribonucleotides of alanine tRNA from Saccharomyces cerevisiae in 1965. By 1967 Sanger's group had determined the nucleotide sequence of the 5S ribosomal RNA from Escherichia coli, a small RNA of 120 nucleotides.
ДНК-ны секвенирлеу
Содан соң Сангер ДНК тізбектеуге көшті, бұл мүлдем жаңа тәсілді қажет етеді. Ол E. coli бактериясының ДНК полимеразасын пайдаланып, бір тізбекті ДНК-ны көшірудің әртүрлі жолдарын қарастырды. 1975 жылы Алан Коулсонмен бірге ол радиобелгіленген нуклеотидтерді пайдалана отырып ДНК полимеразасымен тізбектеу процедурасын жариялады, оны "Плюс және Минус" техникасы деп атады. Бұл 3'-терминалы анықталған қысқа олигонуклеотидтерді жасайтын екі тығыз байланысты әдісті қамтыды. Оларды полиакриламид гельінде электрофорез арқылы бөліп, авторадиография арқылы көруге болады. Бұл процедура бір ретте 80 нуклеотидті тізбектей алатын және бұрынғыдан жақсырақ болғанмен, әлі де еңбекті талап ететін болды. Дегенмен, оның тобы φX174 бір тізбекті бактериофагының 5386 нуклеотидінің көп бөлігін тізбектеп шығарды. Бұл толық тізбектелген ДНК-ға негізделген алғашқы геном болды. Олар кейбір гендердің кодтау аймақтарының бірімен-бірі үстіне жабысқанын таңғалысып анықтады. Сангер және оның әріптестері жаңа әдісті адам митохондриялық ДНК-сының (16569 негіздік жұп) және бактериофаг λ-ның (48502 негіздік жұп) тізбегін анықтау үшін қолданды. Дидеокси әдісі соңында бүкіл адам геномын тізбектеу үшін пайдаланылды.
Sanger then turned to sequencing DNA, which would require an entirely different approach. He looked at different ways of using DNA polymerase I from E. coli to copy single stranded DNA. In 1975, together with Alan Coulson, he published a sequencing procedure using DNA polymerase with radiolabelled nucleotides that he called the "Plus and Minus" technique. This involved two closely related methods that generated short oligonucleotides with defined 3' termini. These could be fractionated by electrophoresis on a polyacrylamide gel and visualised using autoradiography. The procedure could sequence up to 80 nucleotides in one go and was a big improvement on what had gone before, but was still very laborious. Nevertheless, his group were able to sequence most of the 5,386 nucleotides of the single stranded bacteriophage φX174. This was the first fully sequenced DNA based genome. To their surprise they discovered that the coding regions of some of the genes overlapped with one another. The new method was used by Sanger and colleagues to sequence human mitochondrial DNA (16,569 base pairs) and bacteriophage λ (48,502 base pairs). The dideoxy method was eventually used to sequence the entire human genome.
Аспирантура студенттері
Өзінің мансабында Сангер оннан астам докторантты бағыттап, олардың екеуі Нобель сыйлығына ие болды. Оның алғашқы аспиранты Родни Портер болды, ол 1947 жылы зерттеу тобына қосылған. Элизабет Блэкберн 1971 және 1974 жылдар аралығында Сангердің зертханасында докторлық диссертациясын қорғады. Ол 2009 жылы Кэрол В. Грейдер мен Джек В. Шостакпен бірге телемерлер және теломеразаның қызметі жөніндегі еңбектері үшін физиология және медицина саласындағы Нобель сыйлығын бөлісті.
During the course of his career Sanger supervised more than ten PhD students, two of whom went on to also win Nobel Prizes. His first graduate student was Rodney Porter who joined the research group in 1947. Elizabeth Blackburn studied for a PhD in Sanger's laboratory between 1971 and 1974. She shared the 2009 Nobel Prize in Physiology or Medicine with Carol W. Greider and Jack W. Szostak for her work on telomeres and the action of telomerase.
Сангер ережесі
Қандай техникалық жетістік болса да, егер ол екі-үш есе немесе одан да тиімді, дәл, арзан болса, онда толыққанды эксперименттер мүмкіндігі ашылады. Бұл қағиданы Теренс Сэнгердің қағидасымен шатастырмау керек, ол Оя қағидасымен байланысты.
anytime you get technical development that’s two to threefold or more efficient, accurate, cheaper, a whole range of experiments opens up. This rule should not be confused with Terence Sanger's rule, which is related to Oja's rule.
Жалпыға ортақ саясат
Ол әлемдік конституция жобасын жасау үшін конвенция шақыру туралы келісімге қол қойғандардың бірі болды. Осының нәтижесінде, адамзат тарихында алғаш рет Жер Федерациясының Конституциясын жазу және қабылдау үшін Дүниежүзілік Конституциялық Ассамблея шақырылды.
He was one of the signatories of the agreement to convene a convention for drafting a world constitution. As a result, for the first time in human history, a World Constituent Assembly convened to draft and adopt a Constitution for the Federation of Earth.
Таңдалған жарияланымдар
. . . . . . . . . . . . . Ғылыми ақпарат институтының (ISI) дерекқоры бойынша, 2010 жылдың қазанына дейін бұл мақалаға 64 000-нан астам сілтеме жасалған. . . . .
. . . . . . . . . . . . . . According to the Institute for Scientific Information (ISI) database, by October 2010 this paper had been cited over 64,000 times. . . . .