Фре́дерик Се́нгер (; 13 августа 1918, Рендкомб, Глостершир — 19 ноября 2013Seven days: 22-28 November 2013 «Frederick Sanger, 95, Twice a Nobel Laureate and a Genetics Pioneer, Dies» . The New York Times, Nov. 20, 2013.) — английский , один из пяти человек, получивших две Нобелевские премии, первый учёный в истории, получивший две Нобелевские премии по химии — в 1958 году («за установление структур белков, особенно инсулина») и 1980 году («за фундаментальные исследования биохимических свойств нуклеиновых кислот, в особенности рекомбинантных ДНК») совместно с Уолтером Гилбертом и Полом Бергом.
Биография Фредерик Сенгер родился 13 августа 1918 года в Рендкомбе (графство Глостершир, Англия) в семье Фредерика Сенгера, врача общей практики, и Сисели Сенгер (в девичестве Кридсон).«The Nobel Prize in Chemistry 1980: Frederick Sanger — autobiography» . Nobelprize.org. Его отец работал в качестве англиканского медицинского миссионера в Китае, но вернулся в Англию из-за плохого состояния здоровья, где в возрасте 40 лет вступил в брак с Сисели. Сенгер-младший был вторым ребёнком в семье: брат Теодор был старше его на год, а сестра Мэри — моложе на пять лет.«Sanger’s early life: From the cradle to the laboratory» . The path to DNA sequencing: The life and work of Fred Sanger. What is Biotechnology.
В возрасте около пяти лет Сенгер вместе с семьёй переехал в небольшое поселение Тэнворт-в-Ардене (Уорвикшир). Семья Сенгеров была достаточно обеспеченной, и для обучения детей была приглашена гувернантка. В 1927 году Фредерика отдали в школу Даунс Малверн — подготовительное учебное заведение в ведении квакеров возле г. Малверна, где также обучался его старший брат Теодор. В 1932 году Сенгер поступил в недавно основанную школу Брайанстоун в Дорсете. Методом обучения в этой школе являлся Дальтон-план, и более свободный режим оказался для Сенгера намного предпочтительнее. Среди всех школьных предметов он выделял естественнонаучное направление. Будучи выдающимся учеником и получив свидетельство об окончании школы на год раньше, последний год обучения Сенгер провел, главным образом, в школьной лаборатории под руководством своего учителя, Джеффри Одиша, сотрудника Кавендишской лаборатории.
В 1936 году Ф. Сенгер поступил в колледж Сент-Джонс (Кембридж), который посещал его отец. Сенгеру понадобилось три года, чтобы сдать Этап I Трайпоса. С этой целью он изучил курсы физики, химии, биохимии и математики, при этом испытав трудности с физикой и математикой, так как школьная математическая подготовка многих других студентов была лучше. На втором году обучения Сенгер заменил физику физиологией. Для сдачи Этапа II он изучал биохимию и получил Первый класс с отличием.
В это время умерли от рака его родители: отец в возрасте 60 лет и мать в возрасте 58. Тогда же сформировались основные убеждения Сенгера, обусловленные сильным влиянием квакерского воспитания. Он был пацифистом и членом Союза обета мира. Именно благодаря его причастности к антивоенной группе кембриджских учёных он познакомился со своей будущей женой, Маргарет Джоан Хоув, изучавшей экономику в женском Колледже Ньюнэм. По закону военной подготовки 1939 года Сенгер был временно зарегистрирован в качестве отказника, и повторно в соответствии с Законом Национальной службы (ВС) 1939 года, перед тем, как получить бессрочное освобождение от военной службы трибуналом. В то же время он провел подготовку в области социальной работы по оказанию помощи в центре квакеров, Девоне и некоторое время служил в качестве санитара.
В октябре 1940 года Фредерик Сенгер под руководством Нормана Пири начал работу над докторской диссертацией. Темой его исследований была разработка способов получения пищевого белка из растений. После того, как чуть больше месяца спустя Пири покинул кафедру, научным руководителем Сенгера стал . При этом направление исследований Сенгера сменилось на изучение метаболизма аминокислоты лизинаSanger F. The metabolism of the amino acid lysine in the animal body (PhD thesis). University of Cambridge, April 17, 1944. V.1.Neuberger A., Sanger F. The metabolism of lysine // Biochemical Journal, 1944, v. 38 (1), p. 119—125. PMC 1258037 , PMID 16747737 и более практическую проблему азота картофеля.Neuberger A., Sanger F. The nitrogen of the potato // Biochemical Journal, 1942, v. 36 (7-9), p. 662—671. PMC 1266851 , PMID 16747571 Его диссертация носила название «Метаболизм аминокислоты лизина в организме животного». В 1943 году Сенгер получил степень доктора философии.
Научная деятельность
Определение структуры инсулина Ньюбергер переехал в Национальный институт медицинских исследований в Лондоне, но Сенгер остался в Кембридже и в 1943 году присоединился к группе Чарльза Чибнелла, специалиста в области химии белков, недавно получившего должность профессора на кафедре биохимии. Ранее Чибнеллом уже была проделана работа по определению аминокислотного состава бычьего инсулина.Chibnall A.C. Bakerian Lecture: Amino-Acid Analysis and the Structure of Proteins // Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 1942, v. 131 (863), p. 136—160. Bibcode: 1942RSPSB.131..136C. doi: 10.1098/rspb.1942.0021 . Section on insulin starts on page 153. Он предположил, что Сенгер прежде всего обратит внимание на аминогруппы белка. Инсулин, который можно было приобрести в сети аптек Boots, являлся одним из немногих белков, доступных в очищенном виде. До этого Сенгер сам занимался финансированием своих исследований, однако в научной группе Чибнелла он получил поддержку со стороны Медицинского исследовательского совета, а затем, с 1944 до 1951 года, был удостоен премии Бейт МемориалBeit fellowships за фундаментальные медицинские исследования.
Первым успехом Сенгера было определение полной аминокислотной последовательности двух полипептидных цепей бычьего инсулина, А (21 аминокислотный остаток) и В (30 аминокислотных остатков), в 1952 и 1951 годах соответственно.Sanger F., Tuppy H. The amino-acid sequence in the phenylalanyl chain of insulin. 1. The identification of lower peptides from partial hydrolysates // Biochemical Journal, 1951, v. 49 (4), p. 463—481. doi: 10.1042/bj0490463 , PMC 1197535 , PMID 14886310 .Sanger F., Tuppy H. The amino-acid sequence in the phenylalanyl chain of insulin. 2. The investigation of peptides from enzymic hydrolysates // Biochemical Journal, 1951, v. 49 (4), p. 481—490. doi: 10.1042/bj0490481 , PMC 1197536 , PMID 14886311 Sanger F., Thompson E.O.P. The amino-acid sequence in the glycyl chain of insulin. 1. The identification of lower peptides from partial hydrolysates // Biochemical Journal, 1953, v. 53 (3), p. 353—366. doi: 10.1042/bj0530353 , PMC 1198157 , PMID 13032078 Sanger F., Thompson E.O.P. The amino-acid sequence in the glycyl chain of insulin. 2. The investigation of peptides from enzymic hydrolysates // Biochemical Journal, 1953, v. 53 (3), p. 366—374. doi: 10.1042/bj0530366 , PMC 1198158, PMID 13032079 .Sanger F. Chemistry of Insulin: determination of the structure of insulin opens the way to greater understanding of life processes // Science, 1959, v. 129 (3359), p. 1340—1344. Bibcode: 1959Sci…129.1340G , doi: 10.1126/science.129.3359.1340 , PMID 13658959 . До этого было принято считать, что белки обладают неупорядоченной структурой. Определив эти последовательности, Сенгер доказал, что белки имеют определённый химический состав.
Для подтверждения этого факта Сенгер усовершенствовал метод распределительной хроматографии, впервые предложенный Ричардом Лоренсом Миллингтоном Сингом и Арчером Джоном Портером Мартином, чтобы определить аминокислотный состав белка шерсти. Сенгер использовал химический реагент 1-фтор-2,4-динитробензол (в настоящее время также известный как реактив Сенгера, фтординитробензол, FDNB или DNFB). Это вещество было получено в результате исследований Бернхардом Чарльзом Сондерсом боевых отравляющих веществ на химическом факультете Кембриджского университета. С помощью реактива Сенгера оказалось возможным пометить N-концевую аминогруппу на одном конце полипептидной цепи. Затем Сенгер провел частичный гидролиз инсулина до коротких пептидов, используя как соляную кислоту, так и протеолитические ферменты, например трипсин. Смесь пептидов фракционировали на листе фильтровальной бумаги с помощью двумерного электрофореза в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Различные пептидные фрагменты инсулина, прокрашенные нингидрином, переместились в разные места на бумаге, создавая чёткую картину, названную Сенгером «отпечатки пальцев». N-концевой пептид определяли по жёлтой окраске, обусловленной FDNB-меткой, после чего путём исчерпывающего кислотного гидролиза устанавливали тип концевого аминокислотного остатка, регистрируемого в виде динитрофениламинокислоты.«Sequencing proteins: Insulin» . The path to DNA sequencing: The life and work of Fred Sanger. What is Biotechnology.
Повторением этой процедуры Сенгер определил последовательности набора пептидов, полученных с использованием различных методов первоначального частичного гидролиза. Из более коротких пептидных цепей удалось построить полную структуру инсулина. Наконец, так как цепи А и В являются физиологически неактивными без трёх дисульфидных связей (двух межцепочечных и одной внутрицепочечной в цепи А), Сенгер и соавторы определили их расположение в 1955 году и установили брутто-формулу инсулина C337N65O75S6.Ryle A.P., Sanger F., Smith L.F., Kitai R. The disulphide bonds of insulin // Biochemical Journal, 1955, v. 60 (4), p. 541—556. PMC 1216151 , PMID 13249947 .Stretton A.O. The first sequence. Fred Sanger and insulin // Genetics, 2002, v. 162 (2), p. 527—532. PMC 1462286. PMID 12399368 . Главный вывод Сенгера состоял в том, что две полипептидные цепи белка инсулина имеют определённые аминокислотные последовательности, и, следовательно, уникальной последовательностью обладает любой белок. Именно за это достижение Сенгеру была присуждена первая Нобелевская премия по химии в 1958 году.«The Nobel Prize in Chemistry 1958: Frederick Sanger» . Nobelprize.org.Sanger F. (1958), Nobel lecture: The chemistry of insulin (PDF), Nobelprize.org Открытие имело решающее значение для предложенной позже Криком гипотезы о кодировании аминокислотных последовательностей белков последовательностью оснований в генетическом материале ДНК (или РНК).Crick F.H. On protein synthesis // Symposia of the Society for Experimental Biology. V. 12, P. 138—163. PMID 13580867 . Эти работы послужили основой для синтетического получения инсулина и других гормонов.«The path to sequencing nucleic acids» . The path to DNA sequencing: The life and work of Fred Sanger. What is Biotechnology.
Определение структуры РНК С 1951 года Сенгер являлся членом внешнего персонала Совета по медицинским исследованиям, и с открытием лаборатории молекулярной биологии в 1962 г. переехал на факультет биохимии Кембриджа, возглавив кафедру химии белков.
До своего переезда Сенгер начал изучение возможности секвенирования молекул РНК и разработку методов для разделения рибонуклеотидов, полученных в результате действия специфичных нуклеаз. Эта работа была проведена им в попытке усовершенствовать методы секвенирования, разработанные в процессе исследований инсулина.