СЕНГЕР, ФРЕДЕРИК

СЕНГЕР, ФРЕДЕРИК (Sanger, Frederick), (1918–2013). Нобелевская премии по химии, 1958, Нобелевская премия по химии, 1980 (совместно с П.Бергом и У.Гилбертом).

Фредерик Сенгер (Сангер) родился 13 августа 1918 в Рендкомбе (графство Глостершир, Великобритания), в обеспеченной семье квакеров. Его отец Фредерик Сенгер – врач, мать – дочь текстильного магната. С 1932 по 1936 обучался в Брайанстонской школе в Блэндфорде (графство Дорсетшир), а в 1936 году поступил в Сент-Джон-колледж Кембриджского университета.

Сенгера заинтересовала биохимия. «Мне казалось, – писал он много лет спустя, – что это был путь к действительному пониманию живой материи и к разработке более научных основ для решения многих проблем, стоящих перед медициной».

В 1939 в Кембриджском университете Сенгер получил степень бакалавра естественных наук. В сентябре того же года разразилась Вторая мировая война, но как квакер он был освобожден от воинской службы и оставлен в Кембридже в аспирантуре. Получив в 1943 докторскую степень, вошел в исследовательскую группу, возглавляемую Альбертом Чарльзом Чибнеллом (Albert Charles Chibnall), который перед этим сменил в должности профессора Фредерика Гоуленда Хопкинса (Frederick Gowland Hopkins, 1861–1947) (Нобелевская премия по физиологии или медицине, 1929). Сенгер стал заниматься белками, решил установить концевую группировку пептидной цепи химическим путем. В 1945 он нашел, что в мягких щелочных условиях реагент (динитрофторбензол) может прочно связываться с концевой аминогруппой полипептида. Это так называемый динитрофторбензольный метод идентификации концевых аминогрупп в пептидах. Следовательно, белок может быть расщеплен на составляющие его аминокислоты с разрушением пептидных связей. Аминокислоты же можно идентифицировать с помощью методов электрофореза, развитого А.Тиcелиусом (Нобелевская премия, 1948), и хроматографии, усовершенствованного А.Мартином и Р.Сингом (Нобелевские лауреаты, 1952).

Так как исследования, проводимые в лаборатории профессора Чибнелла выполнялись, в основном, с инсулином, то Сенгер и занялся этим белком. Первоначальное изучение инсулина показало, что он содержит две разные N-концевые аминокислоты. Следовательно, каждая молекула инсулина состоит из двух видов полипептидных цепей. Они соединены между собой дисульфидными мостиками. В 1949 Сенгер открыл способ разрушения этих дисульфидных мостиков и, следовательно, метод разделения двух цепей.

Сенгер и приехавший из Вены Ганс Туппи (Hans Tuppy) разработали план установления последовательности чередования аминокислот в каждой полипептидной цепи инсулина. Разбив цепь на отрезки, эти ученые планировали установить аминокислотную последовательность каждого отрезка и, исходя из этой информации, аминокислотную последовательность всей полипептидной цепи. Сенгер первоначально использовал кислоту для разрыва цепи на отрезки, но вскоре обнаружил, что ферменты действуют намного точнее. Таким образом, Сенгер и Туппи сравнивали различные фрагменты цепи, полученные в результате применения разных ферментов, для расшифровки аминокислотной последовательности всей цепи.

Установить аминокислотную последовательность в более длинной из двух инсулиновых цепей оказалось неожиданно просто, и эта работа была почти закончена к тому времени, когда Туппи в 1950 уехал из Кембриджа. Однако более короткая цепь с трудом поддавалась анализу и поэтому ее аминокислотная последовательность была полностью установлена только в 1953.

Далее следовало определить местоположение дисульфидных мостиков между двумя цепями. Сенгер решил эту задачу и в 1955 представил законченную структуру молекулы инсулина. Это была первая столь подробно изученная белковая молекула, которая состоит из двух цепей (одна из 21, другая из 30 аминокислотных остатков), сшитых между собой тремя дисульфидными мостиками.

В 1958 Сенгеру была присуждена Нобелевская премия «за работы по структуре протеинов, особенно инсулина».

Еще до получения премии он занялся изучением генетики. Отчасти это произошло под влиянием дружбы ученого с Френсисом Харри Комптоном Криком (Francis, Harry Compton Crick, род. в 1916, Нобелевский лауреат по физиологии или медицине, 1962).

Сенгер в 1973 разработал аналитический метод установления нуклеотидной последовательности в ДНК. Предложенная им процедура заключалась в том, что двойная цепь молекулы ДНК разбивалась на одинарные цепи (называемые стренгами), а затем полученный материал группировался в четыре образца. Каждый образец начинают восстанавливать до первоначальной последовательности двойной цепи, исходя из шаблона одинарной цепи. Однако, процесс восстановления останавливается на разных нуклеотидах для каждого образца либо путем ограничения концентрации того или иного свободного нуклеотида, либо помещением в цепь определенного нуклеотида с таким химикатом, который предотвращает дальнейший синтез. В результате этого реконструированные цепи представляют собой образцы различной длины, но каждая заканчивается одинаковым нуклеотидом. Затем эти четыре образца одновременно разделяют с помощью электрофореза в полиакриламидном геле. И тогда нуклеотидная последовательность первоначальной цепи ДНК может быть прочитана прямо с геля путем сравнения следов, оставленных образцами. В каждой из четырех серий реакция останавливается на аденине, тимине, гуанине и цитозине, соответственно. Зная фрагменты и число нуклеотидов в них, можно точно определить место каждого из этих оснований в молекуле ДНК.

Сенгер использовал в своей работе меченые атомы, что позволило ему работать с ничтожно малым количеством экспериментального материала – порядка микрограммов.

В 1977 Сенгер и его коллеги продемонстрировали действенность своего метода, установив последовательность 5375 оснований в цепи ДНК бактериального вируса. Это был первый случай такой подробной расшифровки цепи ДНК. В журнале «Nature» им был опубликован полный список этой последовательности для нуклеотидов ДНК фага ФХ174, т.е. его химическая формула.

В результате исследований в области нуклеиновых кислот в 1980 Сенгеру и американцу У.Гилберту была присуждена половина Нобелевской премии «за вклад в определение последовательности оснований в нуклеиновых кислотах». Другая половина премии была присуждена американцу П.Бергу. Таким образом, Сенгер стал дважды Нобелевским лауреатом по химии.

В 1983 Сенгер вышел в отставку с занимаемого им поста в Медицинском научно-исследовательском совете. Скромный, склонный к уединению человек, Сенгер любил заниматься парусным спортом и работать в саду.

Умер Сенгер 19 ноября 2013 в Кембридже.

Работы: The amino-acid sequence in the glycyl chain of insulin. The identification of lower peptides from partial hydrolysates // Biochem. J. 1953. V. 53. (with E. O. P. Thompson); DNA sequencing with chain-terminating inhibitors // Proc. Natl. Acad. Sci. 1977. V. 74. (with A. R. Coulson, S. Nicklen); Nucleotide sequence of bacteriophage Phi X174 DNA // Nature. 1977. V. 265 (with others).

Кирилл Зеленин