Φρέντερικ Σάνγκερ

Βιογραφικά στοιχεία

Ο Φρέντερικ Σάνγκερ γεννήθηκε στο Ρέντκομπ, ένα μικρό χωριό του Γκλώστερσάιρ της Αγγλίας, ως ο δεύτερος γιος του γενικού παθολόγου Φρέντερικ Σάνγκερ και της Σίσιλυ Κριούντσον-Σάνγκερ. Είχε ένα μεγαλύτερο αδελφό και μία μικρότερη αδελφή. Ο πατέρας Σάνγκερ είχε εργασθεί ως Αγγλικανός ιατρός και ιεραπόστολος στην Κίνα, αλλά επέστρεψε στην Αγγλία για λόγους υγείας. Μετά τη γέννηση των δύο εκ των παιδιών του έγινε Κουάκερος και έτσι ανέθρεψε και τα παιδιά του ως Κουακέρους. Η μητέρα του βιοχημικού ήταν κόρη ενός πλούσιου βαμβακεμπόρου. Το 1923 η οικογένεια μετακόμισε σε ένα άλλο μικρό χωριό, το Τάνγουορθ-ιν-Αρντεν στο Γουόργουικσάιρ. Η εκπαίδευση των παιδιών ανατέθηκε σε μία γκουβερνάντα. Το 1927, σε ηλικία 9 ετών, ο μελλοντικός βιοχημικός στάλθηκε εσωτερικός στη Σχολή Downs των Κουακέρων, όπου ήδη φοιτούσε ο αδελφός του, ενώ το 1932 στο σχολείο Bryanston στο Ντόρσετ. Σε αυτό η εκπαίδευση γινόταν με το σύστημα Ντάλτον και ήταν πιο φιλελεύθερο, κάτι που προτιμούσε πολύ ο νεαρός Φρέντερικ. Αγαπούσε τους δασκάλους του και απολάμβανε περισσότερο τα μαθήματα των φυσικών επιστημών.
Πέτυχε υψηλή βαθμολογία στις εισαγωγικές εξετάσεις και το 1936 πήγε στο Κολέγιο St John's του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ, το ίδιο κολέγιο που είχε εισαχθεί και ο πατέρας του, για να σπουδάσει φυσικές επιστήμες. Διδάχθηκε φυσική, χημεία, βιοχημεία και μαθηματικά, ενώ μετέπειτα ειδικεύθηκε στη φυσιολογία και τη βιοχημεία, σε ένα σχετικώς νέο τμήμα της σχολής με ενθουσιώδεις διδάσκοντες όπως τους Μάλκολμ Ντίξον (Malcolm Dixon), Τζόζεφ Νήνταμ και Έρνεστ Μπάλντουιν (Ernest Baldwin).
Αμφότεροι οι γονείς του πέθαναν από καρκίνο ενώ ο Φρέντερικ ήταν προπτυχιακός φοιτητής: Ο πατέρας του σε ηλικία 60 ετών και η μητέρα του 58. Ως Κουακέρος, ο νεαρός Σάνγκερ ήταν ειρηνιστής, μέλος της Peace Pledge Union. Μέσα στην Αντιπολεμική Ομάδα Επιστημόνων του Κέμπριτζ γνώρισε και τη μελλοντική του σύζυγο Μάργκαρετ Τζόαν Χάου (Margaret Joan Howe), η οποία σπούδαζε οικονομικά. Παντρεύτηκαν μετά την αποφοίτησή του, τον Δεκέμβριο 1940. Απέκτησαν τρία παιδιά: τον Ρόμπιν (γενν. 1943), τον Πήτερ (γενν. 1946) και τη Σάλλυ Τζόαν (γενν. 1960). Αργότερα, ο Σάνγκερ είπε ότι η σύζυγός του είχε «συνεισφέρει περισσότερο στο έργο του από οποιονδήποτε άλλον, παρέχοντάς του ένα ειρηνικό και ευτυχισμένο σπιτικό». Με την έκρηξη του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου το 1939 ο Σάνγκερ είχε εξαιρεθεί από τη στρατιωτική υπηρεσία ως αντιρρησίας συνείδησης.
Ο Σάνγκερ άρχισε να μελετά για το διδακτορικό του τον Οκτώβριο του 1940 υπό την επίβλεψη του Norman Pirie με αρχικό θέμα έρευνας το αν πρωτεΐνες χρήσιμες στην ανθρώπινη διατροφή μπορούν να εξαχθούν από τα χόρτα. Μετά από ένα μήνα όμως ο Pirie έφυγε από το τμήμα και εποπτεύων καθηγητής του έγινε ο Albert Neuberger, οπότε το ερευνητικό θέμα του άλλαξε στον μεταβολισμό της λυσίνης και στο πρακτικό πρόβλημα του αζώτου στις πατάτες: Η διδακτορική διατριβή του είχε τίτλο «Ο μεταβολισμός του αμινοξέος λυσίνη στο σώμα των ζώων». Ο Σάνγκερ πήρε το διδακτορικό του το 1943.

Προσδιορισμός της αλληλουχίας αμινοξέων της ινσουλίνης

Ο Neuberger έφυγε για το Εθνικό Ίδρυμα Ιατρικών Ερευνών στο Λονδίνο, αλλά ο Σάνγκερ παρέμεινε στο Κέμπριτζ, όπου το 1943 μπήκε στην ομάδα του χημικού πρωτεϊνών Charles (Albert) Chibnall, που είχε ερευνήσει τη σύσταση της ινσουλίνης των βοοειδών και του συνέστησε να ανιχνεύσει τις αμινομάδες στην πρωτεΐνη αυτή, καθώς ήταν μία από τις ελάχιστες πρωτεΐνες που μπορούσαν τότε να αγορασθούν σε καθαρή μορφή.
Ο πρώτος θρίαμβος του Σάνγκερ ήταν ο προσδιορισμός της πλήρους αλληλουχίας των αμινοξέων των δύο πεπτιδικών αλυσίδων της ινσουλίνης των βοοειδών, A και B, το 1952 και το 1951 αντιστοίχως. Πριν από αυτό, οι περισσότεροι πίστευαν ότι οι πρωτεΐνες ήταν κάπως άμορφες, ενώ με την ανακάλυψη αυτών των αλληλουχιών ο Σάνγκερ απέδειξε ότι έχουν καλώς καθορισμένη χημική σύσταση. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποίησε το «Αντιδραστήριο Σάνγκερ», το φθοροδινιτροβενζένιο (FDNB), για να αντιδράσει με τα εκτεθειμένα αμινοξέα της πρωτεΐνης και ιδιαίτερα με τη Ν-τερματική αμινομάδα στο ένα άκρο της αλυσίδας. Μετά υδρόλυσε μερικώς την ινσουλίνη σε μικρά πεπτίδια, είτε με υδροχλωρικό οξύ, είτε με ένζυμα όπως η θρυψίνη. Το μίγμα των πεπτιδίων διαχωρίστηκε σε δύο διαστάσεις πάνω σε χαρτί φίλτρου, πρώτα με ηλεκτροφόρηση στη μία διάσταση και έπειτα, κάθετα σε αυτή, με χρωματογραφία στην άλλη διάσταση. Τα διαφορετικά θραύσματα των πολυπεπτιδίων της ινσουλίνης, που ανιχνεύθηκαν με νινυδρίνη, μετακινήθηκαν σε διαφορετικές θέσεις πάνω στο χαρτί, δημιουργώντας ένα χαρακτηριστικό «διάγραμμα» που ο Σάνγκερ απεκάλεσε «δακτυλικά αποτυπώματα». Το ακραίο πεπτίδιο μπορούσε να αναγνωρισθεί από το κίτρινο χρώμα του FDNB και η ταυτότητά του με πλήρη υδρόλυση και ταυτοποίηση του ποιο δινιτροφαινυλ-αμινοξύ είχε παραχθεί. Επαναλαμβάνοντας αυτή τη διαδικασία, ο Σάνγκερ μπόρεσε να βρει τις ακολουθίες των πολλών πεπτιδίων που παράχθηκαν με διαφορετικές μεθόδους από την αρχική, μερική υδρόλυση. Αυτές μπορούσαν στη συνέχεια να συναρμολογηθούν στις μακρύτερες ακολουθίες ώστε να διακριβωθεί η πλήρης δομή της ινσουλίνης. Τέλος, καθώς οι αλυσίδες A και B είναι αδρανείς από πλευράς φυσιολογίας χωρίς τους τρεις συνδέοντες δισουλφιδικούς δεσμούς, ο Σάνγκερ και οι συνεργάτες του προσδιόρισαν τις θέσεις τους το 1955. Το κύριο συμπέρασμα του Σάνγκερ ήταν ότι οι δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες της ινσουλίνης είχαν ακριβείς ακολουθίες αμινοξέων και ότι, επαγωγικά, κάθε πρωτεΐνη είχε μία μοναδική ακολουθία. Αυτό το επίτευγμα τού χάρισε το πρώτο του Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1958. Αυτή η ανακάλυψη ήταν κρίσιμη για τη μετέπειτα υπόθεση της ακολουθίας του Κρικ και την ανάπτυξη των ιδεών του πώς το DNA κωδικοποιεί τις πρωτεΐνες.

Προσδιορισμός αλληλουχίας σε RNA

Από το 1951 ο Σάνγκερ ήταν εξωτερικός συνεργάτης του Συμβουλίου Ιατρικών Ερευνών και όταν άνοιξαν το Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας το 1962 μετακινήθηκε εκεί και έγινε επικεφαλής του τμήματος πρωτεϊνικής χημείας. Λίγο μετά άρχισε να εξετάζει την πιθανότητα προσδιορισμού της αλληλουχίας των αμινοξέων σε μόρια RNA και άρχισε να αναπτύσσει σχετικές μεθόδους. Αρχικό πρόβλημα ήταν να αποκτήσει ένα καθαρό τμήμα RNA. Στην πορεία ανακάλυψε το 1964, μαζί με τον Κγιέλντ Μάρκερ, το tRNA φορμυλμεθειονίνης, που αρχίζει την πρωτεϊνοσύνθεση σε βακτήρια. Τον πρόλαβε στον αγώνα δρόμου για τον πρώτο προσδιορισμό αλληλουχίας αμινοξέων σε tRNA μία ομάδα υπό τον Ρόμπερτ Χόλευ στο Πανεπιστήμιο Κορνέλ, η οποία δημοσίευσε την ακολουθία των 77 ριβονουκλεοτιδίων του tRNA της αλανίνης από σακχαρομύκητα το 1965. Ως το 1967 η ομάδα του Σάνγκερ είχε προσδιορίσει την αλληλουχία του 5S ριβοσωμικού RNA του Escherichia coli, 120 νουκλεοτιδίων.

Προσδιορισμός αλληλουχίας σε DNA

Στη συνέχεια ο Σάνγκερ στράφηκε στον προσδιορισμό αλληλουχίας σε DNA, κάτι που θα απαιτούσε μία εντελώς διαφορετική προσέγγιση. Εξέτασε διαφορετικούς τρόπους χρήσεως της πολυμεράσης I του DNA της E. coli για την αντιγραφή μονής έλικας DNA. Το 1975, μαζί με τον `Αλαν Κούλσον, δημοσίευσε μία διαδικασία προσδιορισμού αλληλουχίας με χρήση πολυμεράσης DNA και ραδιοσεσημασμένων νουκλεοτιδίων, την οποία απεκάλεσε «τεχνική του συν και πλην» ("Plus and Minus" technique). Αυτή περιελάμβανε δύο στενά σχετιζόμενες μεθόδους που παρήγαγαν μικρά ολιγονουκλεοτίδια, διαχωρίσιμα με ηλεκτροφόρηση σε γέλη πολυακρυλαμιδίου και ορατά με αυτοραδιογραφία. Η διαδικασία μπορούσε να δείξει ακολουθίες έως 80 νουκλεοτιδίων με τη μία και αποτελούσε μία μεγάλη βελτίωση, αλλά ήταν ακόμα πολύ κοπιώδης. Ωστόσο, η ομάδα του μπόρεσε να προσδιορίσει την αλληλουχία των περισσότερων από τα 5.386 νουκλεοτίδια του DNA του βακτηριοφάγου φX174. Αυτό υπήρξε το πρώτο γονιδίωμα με βάση το DNA του οποίου η ακολουθία προσδιορίσθηκε πλήρως. Προς έκπληξή τους ανακάλυψαν ότι οι περιοχές κωδικοποιήσεων ορισμένων από τα γονίδια αλληλοεπικαλύπτονταν.
Το 1977 ο Σάνγκερ και οι συνεργάτες του επινόησαν τη μέθοδο τερματισμού αλυσίδας για τον προσδιορισμό αλληλουχίας DNA που είναι γνωστή ως «μέθοδος Σάνγκερ». Αυτή υπήρξε μία σημαντική καινοτομία και επέτρεψε τον ταχύ και ακριβή προσδιορισμό μεγάλων τμημάτων DNA. Απέφερε στον Σάνγκερ το δεύτερο Βραβείο Νόμπελ το 1980 και χρησιμοποιήθηκε από τον ίδιο και τους συνεργάτες του για τον προσδιορισμό της αλληλουχίας ανθρώπινου μιτοχονδριακού DNA (16.569 ζεύγη βάσεων) και DNA του βακτηριοφάγου λ (48.502 ζεύγη). Η μέθοδος Σάνγκερ χρησιμοποιήθηκε τελικώς για την αποκωδικοποίηση ολόκληρου του ανθρώπινου γονιδιώματος.
Μέχρι σήμερα ο Σάνγκερ παραμένει ο μοναδικός άνθρωπος που έχει τιμηθεί με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας περισσότερες από μία φορές.

Κληρονομιά

Ο Σάνγκερ έζησε τα τελευταία χρόνια του στο σπίτι του στο Swaffham Bulbeck, έξω από το Κέμπριτζ.
Το 1992 το Wellcome Trust και το Συμβούλιο Ιατρικών Ερευνών ίδρυσαν το Κέντρο (σήμερα Ινστιτούτο) Σάνγκερ, που ονομάσθηκε έτσι προς τιμή του Φρέντερικ Σάνγκερ. Οι εγκαταστάσεις του βρίσκονται μόλις μερικά χιλιόμετρα από το σπίτι του. Τα εγκαίνια έκανε ο ίδιος στις 4 Οκτωβρίου 1993. Το ίδρυμα είχε αρχικό προσωπικό λιγότερο από 50 άτομα, αλλά διεδραμάτισε πρωταγωνιστικό ρόλο στην αποκρυπτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος. Σήμερα απασχολεί πάνω από 900 εργαζόμενους και αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα κέντρα έρευνας γονιδιώματος στον κόσμο.
Ο Σάνγκερ αρνήθηκε οποιαδήποτε τιμητική διάκριση από το Ηνωμένο Βασίλειο, όπως τον τίτλο του «σερ». Μόνο το 1986 αποδέχθηκε το παράσημο Order of Merit, το οποίο μπορούν να φέρουν μόνο 24 άνθρωποι εν ζωή.
Ο Σάνγκερ απεβίωσε στον ύπνο του ενώ νοσηλευόταν στο Νοσοκομείο Addenbrooke στο Κέμπριτζ, σε ηλικία 95 ετών. Καθώς σημειώνεται στη νεκρολογία του, είχε περιγράψει τον εαυτό του ως «απλώς ένας τύπος που αναστάτωνε ένα εργαστήριο»  και «ακαδημαϊκά όχι ευφυή».
Μία επιστημονική βιογραφία του γράφεται από George Brownlee του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης.