פרדריק סנגר

ילדותו והשכלתו

סנגר נולד ב-13 באוגוסט 1918 בכפר קטן בשם רנדקומב אשר בגלוסטרשייר, מחוז בדרום מערב אנגליה, ובגיל 5 עברה משפחתו לווריקשייר. הוא החל את לימודיו בבית הספר בריסטון ב-1932, והמשיך לאחר מכן ללמוד במכללת סנט ג'ון שבאוניברסיטת קיימברידג'. בשנה הראשונה של לימודיו במכללת סנט ג'ון למד סנגר פיזיקה, ביוכימיה, כימיה ומתמטיקה, אולם התקשה בלימודי הפיזיקה והמתמטיקה בגלל רקע דל בלימודיו הקודמים בתחומי המתמטיקה. בשנתו השנייה ויתר על לימודי הפיזיקה לטובת פיזיולוגיה. בהמשך התואר למד ביוכימיה, מחלקה חדשה במכללה שנוסדה באותה עת על ידי פרדריק גואולנד הופקינס. את לימודיו במכללת סנט ג'ון סיים בשנת 1939. את לימודי הדוקטורט שלו בביוכימיה בנושא מטאבוליזם של חנקן בתפוחי אדמה סיים בשנת 1943.

על האינסולין

לאחר סיום עבודת הדוקטורט שלו, הצטרף סנגר למעבדה של צ'ארלס צ'יבנאל (Charles Chibnall) בקיימברידג', מעבדה שחקרה את חומצות האמינו המרכיבות את האינסולין של יונקים, ובה סנגר המשיך במחקר זה. חלבון האינסולין היה אחד החלבונים היחידים שהיה ניתן לקבלם כחלבון טהור, ותחילה היה על סנגר לגלות מהן חומצות האמינו שמרכיבות את החלבון. את מחקריו אלה מימנו מועצת המחקר הרפואי והאגודה למחקר רפואי.
ב-1945 התחיל סנגר את המחקר שלו על חלבון האינסולין, תוך שימוש ב"ריאגנט סנגר", 1-פלואורו-2,4-דיניטרובנזן (1‎-Fluoro-2,4-dinitrobenzene), לצורך תגובה עם חומצות אמינו להן קצה אמיני שחשוף לתמיסה. כמו כן, השתמש בשיטות נוספות על מנת להפריד את שרשראות החלבון השונות. התוצאות הראו שיש לפחות שתי שרשראות חלבוניות שונות, אחת שבקצהָ פנילאלנין והשנייה - שבקצהָ גליצין. כיוון שחלבון האינסולין עשיר יחסית בציסטאינים, השלב הבא במציאת רצף החלבון היה פירוק הקשרים הדיסולפידיים. מיפוי של החלבון מהקצה האמיני הוכיח שהאינסולין מורכב ממספר זוגי של שרשראות. תוצאות הניסויים הללו סיפקו מידע על המיקום של חומצות האמינו בשרשרת הפפטידית.
לאחר מכן, המשיך לעבוד על האינסולין, הפעם יחד עם האנס טופי (Hans Tuppy). השניים החלו לפרק את השרשרת לקטעי חומצות אמינו קצרות יותר. תחילה, חשפו את האינסולין לאנזימים פפסין, טריפסין וכימוטריפסין, אשר חתכו אותו לפפטידים קצרים, כלומר למקטעים בחלקים שונים של השרשרת. הפפטידים הופרדו בעזרת אלקטרופורזה, כלומר לפי מטען המקטע, ולאחר מכן בעזרת שיטות שונות של כרומטוגרפיה שהפרידו את המקטעים על פי מסיסותם. מקטעי האינסולין נעו לכיוונים שונים על פי תכונותיהם כאשר הופעל עליהם שדה חשמלי. הפרדה זאת יצרה דפוס קבוע וייחודי לאותו חלבון, אותו הוא כינה "טביעות האצבע" של החלבון, כיוון שבדומה לטביעות אצבע של בני אדם, כל חלבון מניב בשיטה זו דפוס ייחודי. סנגר קבע את הרצף של המקטעים השונים, וחזר על התהליך עם מגיבים שונים ושיטות שונות, שחתכו את החלבון אחרי חומצות אמינו ספציפיות. בשנת 1955, באמצעות חיבור המקטעים השונים שרוצפו, סנגר הצליח לקבוע את הרצף המלא של חומצות האמינו בחלבון האינסולין. היה זה החלבון הראשון שרוצף במלואו, וכך הוכחה הטענה שלאינסולין רצף קבוע, ובהרחבה — שלכל החלבונים יש רצף קבוע. תגלית זאת זיכתה אותו בפרס נובל הראשון שלו בתחום הכימיה בשנת 1958.

על RNA

החל מ-1951, היה סנגר חבר חיצוני של מועצת המחקר הרפואי, וב-1962, כאשר נפתחו המעבדות לביולוגיה מולקולרית (LMB), עבר מהמעבדות בהן עבד באוניברסיטה למעבדות החדשות, שם מונה לראש המעבדות לחקר כימיה של חלבונים. זמן קצר לאחר שעבר, החל לפתח שיטות שיאפשרו לבודד ריבונוקלאוטידים שנוצרו על ידי מקטע ספציפי של נוקלאוטידים של DNA. במסגרת מאמצים אלה גילה ב-1964 את הפורמילמתיוניל (formylmethionine)‏ RNA אשר התחיל את תהליך תרגום החלבון של ה-E.coli. סנגר גם ניסה לרצף מבנים של tRNA, אולם רוברט הולי הקדימו כאשר ב-1965 פרסם את הרצף של ה-tRNA של אלאנין משמר האפייה. ב-1967 הצליחה המעבדה של סנגר בפיצוח הרצף של ה-RNA הריבוזומלי 5S ‏(5S rRNA) מ-E.coli.

על DNA

לאחר מחקריו על ה-RNA, פנה סנגר למחקר על DNA שדרש גישה שונה. הוא בחן תחילה בדרכים שונים שימוש ב-DNA פולימראז 1 מ-E.coli לשכפול גדיל יחיד של DNA. במחקר זה השתמש בדה-אוקסי-ריבונוקלאוטידים שסומנו בצורה רדיואקטיבית, ובחן את הפעילות "in vitro". המחקר היה ההתחלה של פיתוח שיטת ריצוף ל-DNA אותה כינה "Plus and Minus", שפרסם בשנת 1975.
בניסוייו שילב שתי שיטות דומות שנמצאו בניסויים קודמים, שאפשרו להגדיר את קצה ה-3'. בניסויים קודמים שערכו וו (Wu) וקייזר (Kaiser) ב-1968, ובהם הראו שכאשר לא שמים בתמיסה מספיק נוקלאוטידים עם 3 פוספטים (dATP, dTTP, dGTP או dCTP), תהליך השכפול ממשיך עד הגעה לנוקלאוטיד החסר. הוא השתמש בשיטות דומות, לאלה על מנת למצוא את הנוקלאוטיד הקודם לנוקלאוטיד החסר (מצד ה-3'). את השימוש בשיטה זו כינה "שיטת המינוס". כמו כן, השתמש בניסויים שערך אנגלונד (Englund) ב-1971–1972, ובהם הראה שאם שמים נוקלאוטיד בודד, השרשרת תתארך מקצה 3', וכך היה ניתן לזהות את הנוקלאוטיד בצד ה-3'. באמצעות שילוב שימוש בשתי השיטות, ואחרי הרצה בג'ל אלקטרופורזה ריצף מולקולות DNA קצרות (עד 80 נוקלאוטידים). על אף הסרבול שהיה בשיטה, ב-1977 הצליחו במעבדה של סנגר לרצף את 5,375 הנוקלאוטידים הנמצאים ב-DNA החד-גדילי של הבקטריופאג' φX174. היה זה הגנום הראשון שרוצף במלואו. באותו מחקר, גילו להפתעתם שחלק מהאקסונים חופפים אלה לאלה.
ב-1977 הציגו סנגר ועמיתיו לעבודה שיטה לריצוף DNA באמצעות אנלוגים של ה-dNTP‎s הרגילים (dATP, dTTP, dCTP ו-dGTP). הייתה זו שיטה שהתבססה על שיטת ה-"Plus and Minus", אולם הייתה מהירה ומדויקת יותר ממנה. השיטה החדשה השתמשה במעכבים שלא מאפשרים המשך סנתוז של המולקולה לאחר נוקלאוטיד מסוים, באמצעות החלפתו באנלוג שלא נגמר בקבוצת הידרוקסיל, ולכן לא יכול להתחבר לנוקלאוטיד הבא. על ידי שימוש במצע עשיר במעכבים ובנוקלאוטידים הרגילים, מתאפשר מיפוי של מיקומם של הנוקלאוטידים וכך ריצוף של ה-DNA. על מחקר זה זכה יחד עם וולטר גילברט ועם פול ברג, בפרס נובל השני שלו בכימיה בשנת 1980. הייתה זו אבן דרך חשובה בהתקדמות של המדע ששימשה גם למיפוי הגנום האנושי.
סנגר הוא היחיד שזכה בשני פרסי נובל לכימיה, והרביעי שזכה בשני פרסי נובל בכלל יחד עם מארי קירי, ג'ון ברדין ולינוס פאולינג.
הוא פרש בשנת 1983, אך המשיך לעזור לחוקרים בעזרת הידע הנרחב שלו בנושא הגנום.
ב-1992 הקימה מועצת המחקר הרפואי את מרכז סנגר על שמו (לימים מכון סנגר). המכון שוכן באנגליה סמוך לביתו של סנגר, והוא נפתח ב-1993 ומנה כ-50 אנשים. כיום מונה המכון 900 אנשים, והוא אחד ממכוני המחקר הגדולים ביותר לחקר הגנום. סנגר סירב לקבל תואר אבירות, אולם בהמשך הסכים להצטרף למסדר ההצטיינות.