فريدريك سانجر

انتقل نيوبيرجر إلى المعهد الوطني للبحوث الطبية في لندن، بينما بقي سانجر في كامبريدج، وانضم عام ١٩٤٣ إلى مجموعة تشارلز تشيبنال ، عالم كيمياء البروتينات الذي تولى مؤخرًا رئاسة قسم الكيمياء الحيوية. ^{[ ١٣ ]} كان تشيبنال قد أجرى بالفعل بعض الأبحاث حول تركيب الأحماض الأمينية في إنسولين الأبقار ^{[ ١٤ ]} ، واقترح على سانجر دراسة مجموعات الأمين في البروتين. كان الإنسولين يُباع في سلسلة صيدليات بوتس، وكان من البروتينات القليلة المتوفرة بصورة نقية. حتى ذلك الحين، كان سانجر يمول أبحاثه بنفسه. في مجموعة تشيبنال، تلقى سانجر في البداية دعمًا من مجلس البحوث الطبية ، ثم من عام ١٩٤٤ حتى عام ١٩٥١ من خلال زمالة بيت التذكارية للبحوث الطبية . ^{[ ٦ ]}

كان أول إنجاز لسانجر هو تحديد التسلسل الكامل للأحماض الأمينية لسلسلتي عديد الببتيد من الأنسولين البقري، A وB، في عامي 1952 و1951 على التوالي. ^{[ 15 ] [ 16 ]} قبل ذلك، كان يُفترض على نطاق واسع أن البروتينات ذات بنية غير منتظمة إلى حد ما. ومن خلال تحديد هذه التسلسلات، أثبت سانجر أن للبروتينات تركيبًا كيميائيًا محددًا. ^{[ 7 ]}

للوصول إلى هذه النتيجة، قام سانجر بتطوير طريقة كروماتوغرافيا التقسيم التي طورها في الأصل ريتشارد لورانس ميلينجتون سينج وأرتشر جون بورتر مارتن لتحديد تركيب الأحماض الأمينية في الصوف. استخدم سانجر كاشفًا كيميائيًا هو 1-فلورو-2،4-ثنائي نيتروبنزين (المعروف الآن أيضًا باسم كاشف سانجر ، أو فلورودينتروبنزين، أو FDNB، أو DNFB)، والذي تم الحصول عليه من أبحاث الغازات السامة التي أجراها برنارد تشارلز سوندرز في قسم الكيمياء بجامعة كامبريدج. أثبت كاشف سانجر فعاليته في وسم مجموعة الأمين الطرفية N في أحد طرفي سلسلة الببتيد. ^{[ 17 ]} ثم قام بتحليل الأنسولين جزئيًا إلى ببتيدات قصيرة، إما باستخدام حمض الهيدروكلوريك أو باستخدام إنزيم مثل التربسين . تم فصل خليط الببتيدات ثنائي الأبعاد على ورقة ترشيح، أولًا عن طريق الرحلان الكهربائي في بُعد واحد، ثم، بشكل عمودي على ذلك، عن طريق الكروماتوغرافيا في البُعد الآخر. انتقلت أجزاء الببتيد المختلفة للأنسولين، التي تم الكشف عنها باستخدام النينهيدرين ، إلى مواقع مختلفة على الورقة، مما أدى إلى تكوين نمط مميز أطلق عليه سانجر اسم "بصمات الأصابع". ويمكن التعرف على الببتيد من الطرف الأميني من خلال اللون الأصفر الذي يمنحه وسم FDNB، وتحديد هوية الحمض الأميني الموسوم في نهاية الببتيد عن طريق التحلل المائي الحمضي الكامل واكتشاف أي حمض أميني ثنائي نيتروفينيل موجود. ^{[ 7 ]}

بتكرار هذا النوع من الإجراءات، تمكن سانجر من تحديد تسلسل العديد من الببتيدات الناتجة باستخدام طرق مختلفة للتحلل المائي الجزئي الأولي. ويمكن بعد ذلك تجميع هذه الببتيدات في تسلسلات أطول لاستنتاج البنية الكاملة للأنسولين. وأخيرًا، نظرًا لأن السلسلتين A وB غير نشطتين فيزيولوجيًا بدون روابط ثنائي الكبريتيد الثلاث الرابطة (رابطتان بين السلسلتين، ورابطة واحدة داخل السلسلة A)، فقد حدد سانجر وزملاؤه وظائفهما في عام 1955. ^{[ 18 ] [ 19 ]} وكان استنتاج سانجر الرئيسي هو أن سلسلتي عديد الببتيد لبروتين الأنسولين لهما تسلسلات دقيقة من الأحماض الأمينية، وبالتالي، أن لكل بروتين تسلسلًا فريدًا. وكان هذا الإنجاز هو الذي أكسبه جائزة نوبل الأولى في الكيمياء عام 1958. ^{[ 20 ]} وكان هذا الاكتشاف حاسمًا لفرضية التسلسل اللاحقة لفرانسيس كريك لتطوير أفكار حول كيفية ترميز الحمض النووي للبروتينات. ^{[ 21 ]}

منذ عام 1951، كان سانجر عضوًا في الطاقم الخارجي لمجلس البحوث الطبية ^{[ 6 ]} ، وعندما افتتحوا مختبر البيولوجيا الجزيئية في عام 1962، انتقل من مختبراته في قسم الكيمياء الحيوية بالجامعة إلى الطابق العلوي من المبنى الجديد. وأصبح رئيسًا لقسم كيمياء البروتين. ^{[ 7 ]}

قبل انتقاله، بدأ سانجر باستكشاف إمكانية تسلسل جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA)، وشرع في تطوير طرق لفصل شظايا النيوكليوتيدات الريبوزية الناتجة عن نوكليازات محددة. وقد أنجز هذا العمل أثناء محاولته تحسين تقنيات التسلسل التي طورها خلال عمله على الأنسولين. ^{[ 21 ]}

كان التحدي الرئيسي في هذا العمل هو إيجاد قطعة نقية من الحمض النووي الريبوزي (RNA) لتحديد تسلسلها. وخلال هذا العمل، اكتشف سانجر، بالتعاون مع كيلد ماركر، في عام 1964، الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) للفورميل ميثيونين ، الذي يبدأ عملية تخليق البروتين في البكتيريا. ^{[ 22 ]} وقد سبقه في سباق تحديد تسلسل جزيء tRNA فريق بقيادة روبرت هولي من جامعة كورنيل ، الذي نشر تسلسل 77 نيوكليوتيدًا من الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) للألانين من خميرة الخباز (Saccharomyces cerevisiae) في عام 1965. ^{[ 23 ]} وبحلول عام 1967، كان فريق سانجر قد حدد تسلسل النيوكليوتيدات للحمض النووي الريبوزي الريبوسومي 5S من بكتيريا الإشريكية القولونية (Escherichia coli) ، وهو حمض نووي ريبوزي صغير يتكون من 120 نيوكليوتيدًا. ^{[ 24 ]}

ثم اتجه سانجر إلى تسلسل الحمض النووي، الأمر الذي تطلب منهجًا مختلفًا تمامًا. درس طرقًا مختلفة لاستخدام بوليميراز الحمض النووي الأول من بكتيريا الإشريكية القولونية لنسخ الحمض النووي أحادي السلسلة. ^{[ 25 ]} في عام 1975، نشر بالاشتراك مع آلان كولسون إجراءً للتسلسل باستخدام بوليميراز الحمض النووي مع نيوكليوتيدات موسومة إشعاعيًا، أطلق عليه اسم تقنية "الزائد والناقص". ^{[ 26 ] [ 27 ]} تضمنت هذه التقنية طريقتين متقاربتين تُنتجان قليل النيوكليوتيدات قصيرًا بنهايات 3' محددة. يمكن فصل هذه القليل النيوكليوتيدات بالرحلان الكهربائي على هلام بولي أكريلاميد وتصويرها باستخدام التصوير الإشعاعي الذاتي . كان الإجراء قادرًا على تسلسل ما يصل إلى 80 نيوكليوتيدًا في خطوة واحدة، وكان تحسنًا كبيرًا عما سبقه، ولكنه كان لا يزال شاقًا للغاية. مع ذلك، تمكن فريقه من تسلسل معظم النيوكليوتيدات البالغ عددها 5386 نيوكليوتيدًا من العاثية أحادية السلسلة φX174 . ^{[ 28 ]} كان هذا أول جينوم كامل التسلسل قائم على الحمض النووي. ولدهشتهم، اكتشفوا أن المناطق المشفرة لبعض الجينات تتداخل مع بعضها البعض. ^{[ 4 ]}

في عام 1977، قدّم سانجر وزملاؤه طريقة "الديوكسي" لإنهاء سلسلة الحمض النووي، والمعروفة أيضًا باسم " طريقة سانجر ". ^{[ 27 ] [ 29 ]} شكّل هذا إنجازًا كبيرًا، إذ سمح بتسلسل أجزاء طويلة من الحمض النووي بسرعة ودقة. وقد حاز سانجر بفضله على جائزة نوبل الثانية في الكيمياء عام 1980، والتي تقاسمها مع والتر جيلبرت وبول بيرج . ^{[ 30 ]} استخدم سانجر وزملاؤه هذه الطريقة الجديدة لتسلسل الحمض النووي للميتوكوندريا البشرية (16569 زوجًا قاعديًا) ^{[ 31 ]} وبكتيريا العاثية λ (48502 زوجًا قاعديًا). ^{[ 32 ]} وفي نهاية المطاف، استُخدمت طريقة الديوكسي لتسلسل الجينوم البشري بأكمله . ^{[ 33 ]}

خلال مسيرته المهنية، أشرف سانجر على أكثر من عشرة طلاب دكتوراه، فاز اثنان منهم بجائزة نوبل. كان أول طالب دراسات عليا له هو رودني بورتر، الذي انضم إلى فريق البحث عام 1947. ^{[ 4 ]} تقاسم بورتر لاحقًا جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام 1972 مع جيرالد إيدلمان لأبحاثه حول التركيب الكيميائي للأجسام المضادة . ^{[ 34 ]} درست إليزابيث بلاكبيرن للحصول على درجة الدكتوراه في مختبر سانجر بين عامي 1971 و1974. ^{[ 4 ] [ 35 ]} تقاسمت جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام 2009 مع كارول دبليو. غريدر وجاك دبليو. زوستاك لأبحاثها حول التيلوميرات وآلية عمل التيلوميراز . ^{[ 36 ]}

... في كل مرة تحصل فيها على تطور تقني أكثر كفاءة ودقة وأقل تكلفة بمقدار ضعفين أو ثلاثة أضعاف، تنفتح أمامك مجموعة كاملة من التجارب. ^{[ 37 ]}

لا ينبغي الخلط بين هذه القاعدة وقاعدة تيرينس سانجر، والتي ترتبط بقاعدة أوجا .

اعتبارًا من عام 2015يُعدّ سانجر أحد الشخصين الوحيدين اللذين حازا على جائزة نوبل في الكيمياء مرتين (والآخر هو كارل باري شاربلس عامي 2001 و2022 ) ، وهو واحد من خمسة فائزين بجائزة نوبل مرتين: أما الأربعة الآخرون فهم ماري كوري ( في الفيزياء عام 1903 والكيمياء عام 1911)، ولينوس باولينغ ( في الكيمياء عام 1954 والسلام عام 1962)، وجون باردين ( في الفيزياء مرتين عامي 1956 و1972)، وكارل باري شاربلس ( في الكيمياء مرتين عامي 2001 و2022). ^{[ 5 ]}

• انتُخب زميلاً في الجمعية الملكية (FRS) في عام 1954 ^{[ 4 ]}
• قائد وسام الإمبراطورية البريطانية (CBE) – 1963 ^{[ 4 ]}
• عضو في وسام رفقاء الشرف (CH) – 1981 ^{[ 4 ]}
• عضو في وسام الاستحقاق (OM) – 1986 ^{[ 4 ]}
• عضو مراسل في الأكاديمية الأسترالية للعلوم – 1982 ^{[ 4 ]}
• جائزة ويليام بيت هاردي – 1976 ^{[ 4 ]}
• جائزة نوبل في الكيمياء – 1958، 1980 ^{[ 20 ] [ 30 ]}
• وسام كورداي-مورجان – 1951 ^{[ 4 ]}
• الميدالية الملكية – 1969 ^{[ 4 ]}
• جائزة مؤسسة غاردنر الدولية – 1971 ^{[ 4 ]}
• ميدالية كوبلي – 1977 ^{[ 4 ]}
• جائزة جي دبليو ويلاند – 1978 ^{[ 4 ]}
• جائزة لويزا غروس هورويتز من جامعة كولومبيا – 1979 ^{[ 4 ]}
• جائزة ألبرت لاسكر للبحوث الطبية الأساسية – 1979 ^{[ 4 ]}
• جائزة رابطة مرافق الموارد الجزيئية الحيوية – 1994 ^{[ 38 ]}
• جائزة اللوحة الذهبية من الأكاديمية الأمريكية للإنجاز – 2000 ^{[ 39 ] [ 40 ]}
• بيان جائزة الإنجاز الكيميائي من قسم تاريخ الكيمياء التابع للجمعية الكيميائية الأمريكية - 2016 ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 29 ]}

تم تسمية معهد ويلكوم ترست سانجر ( مركز سانجر سابقًا ) تكريمًا له. ^{[ 4 ]}

تزوج سانجر من مارغريت جوان هاو (لا ينبغي الخلط بينها وبين مارغريت سانجر ، الرائدة الأمريكية في مجال تنظيم النسل) عام 1940. توفيت عام 2012. أنجبا ثلاثة أطفال: روبن، المولود عام 1943، وبيتر، المولود عام 1946، وسالي جوان، المولودة عام 1960. ^{[ 6 ]} قال إن زوجته "ساهمت في عمله أكثر من أي شخص آخر بتوفيرها منزلًا هادئًا وسعيدًا". ^{[ 43 ]}

تقاعد سانجر في عام 1983، عن عمر يناهز 65 عامًا، إلى منزله "فار ليس" في سوافام بولبيك خارج كامبريدج. ^{[ 4 ]}

في عام ١٩٩٢، أسست مؤسسة ويلكوم ترست ومجلس البحوث الطبية مركز سانجر (الذي يُعرف الآن باسم معهد سانجر )، والذي سُمي تيمنًا به. ^{[ ٤٤ ]} يقع المعهد في حرم ويلكوم ترست للجينوم بالقرب من هينكستون ، على بُعد أميال قليلة من منزل سانجر. وافق سانجر على تسمية المركز باسمه عندما طلب منه ذلك جون سولستون ، المدير المؤسس، لكنه حذر قائلًا: "يجب أن يكون المركز متميزًا". ^{[ ٤٤ ]} افتتح سانجر المركز بنفسه في ٤ أكتوبر ١٩٩٣، وكان يضم طاقمًا لا يتجاوز ٥٠ شخصًا، واضطلع بدور رائد في تسلسل الجينوم البشري . ^{[ ٤٤ ]} بلغ عدد العاملين في المعهد حوالي ٩٠٠ شخص في عام ٢٠٢٠، وهو يُعدّ من أكبر مراكز أبحاث الجينوم في العالم .

قال سانجر إنه لم يجد أي دليل على وجود إله، فأصبح لا أدريًا. ^{[ 45 ]} وفي مقابلة نُشرت في صحيفة التايمز عام 2000، نُقل عن سانجر قوله: "كان والدي كويكرًا ملتزمًا، ونشأتُ على المذهب الكويكري، والحقيقة عندهم بالغة الأهمية. ابتعدتُ عن تلك المعتقدات - فمن الطبيعي أن يبحث المرء عن الحقيقة، لكنه يحتاج إلى دليل عليها. حتى لو أردتُ الإيمان بالله، فسأجد ذلك صعبًا للغاية. سأحتاج إلى رؤية برهان." ^{[ 46 ]}

رفض عرض لقب فارس ، لأنه لم يرغب في أن يُنادى بلقب "سيدي". ونُقل عنه قوله: "لقب الفروسية يجعلك مختلفًا، أليس كذلك؟ وأنا لا أريد أن أكون مختلفًا". في عام 1986، قبل الانضمام إلى وسام الاستحقاق ، الذي لا يضم سوى 24 عضوًا على قيد الحياة. ^{[ 43 ] [ 45 ] [ 46 ]}

في عام 2007، مُنحت الجمعية البريطانية للكيمياء الحيوية منحةً من مؤسسة ويلكوم ترست لفهرسة وحفظ 35 دفترًا من دفاتر المختبر التي دوّن فيها سانجر أبحاثه من عام 1944 إلى عام 1983. وأشارت مجلة ساينس ، في تقريرها عن هذا الأمر، إلى أن سانجر، "أكثر شخص متواضع قد تقابله"، كان يقضي وقته في البستنة في منزله في كامبريدجشير . ^{[ 47 ]}

توفي سانجر أثناء نومه في مستشفى أدنبروك في كامبريدج في 19 نوفمبر 2013. ^{[ 43 ] [ 48 ]} وكما ورد في نعيه، فقد وصف نفسه بأنه "مجرد شخص يهوى العمل في المختبر"، ^{[ 49 ]} و"ليس متفوقًا أكاديميًا". ^{[ 50 ]}