Фредерик Сенгер

Краткая биография

Жизнь и работа

История Фредерика Сенгера — это история того, как биология научилась читать молекулы как последовательности. Сначала объектом его работы стал белок, а спустя десятилетия — ДНК. Между этими задачами была важная общая идея: чтобы понять биологическую молекулу, недостаточно знать, из каких компонентов она состоит. Нужно установить точный порядок этих компонентов.

Сенгер родился 13 августа 1918 года в Рендкомбе, в английском графстве Глостершир. Его отец был врачом, и сначала Фредерик тоже думал о медицине. В 1936 году он поступил в колледж Святого Иоанна Кембриджского университета, но постепенно понял, что его больше привлекают фундаментальные исследования. Особенно его заинтересовала биохимия. В 1943 году Сенгер получил докторскую степень за работу, связанную с метаболизмом аминокислоты лизина.

После защиты он присоединился к группе биохимика Чарльза Чибнелла. Одной из задач было исследование аминогрупп белков, и подходящим объектом оказался инсулин — один из немногих белков, который в то время можно было получить в достаточно чистом виде. Но Сенгер поставил более трудную задачу: выяснить не просто состав белка, а полный порядок его аминокислот. Сегодня последовательность белка кажется одной из самых естественных характеристик молекулы. В 1940-х годах само представление о том, что каждый белок имеет строго определённую последовательность аминокислот, ещё требовало экспериментального доказательства.

Работа заняла много лет. Инсулин расщепляли на небольшие пептидные фрагменты, разделяли их с помощью хроматографии и электрофореза и определяли их состав. Сенгер разработал химический способ мечения концевых аминокислот, а перекрывающиеся фрагменты позволяли постепенно восстанавливать порядок звеньев исходной цепи. В результате была установлена последовательность двух полипептидных цепей инсулина — в общей сложности 51 аминокислотного остатка, а затем и расположение соединяющих их дисульфидных связей. Инсулин стал первым белком, для которого была установлена полная аминокислотная последовательность. За исследования структуры белков, особенно инсулина, Сенгер получил Нобелевскую премию по химии 1958 года.

После этого он не остановился на белках. В 1962 году Сенгер стал одним из первых исследователей новой Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета в Кембридже. Здесь его интерес сместился к нуклеиновым кислотам. Сначала его группа развивала методы анализа РНК, а затем Сенгер занялся гораздо более сложной задачей — определением порядка нуклеотидов в ДНК. Концептуально проблема была знакомой: снова существовала длинная молекулярная цепь, последовательность которой нужно было восстановить по экспериментально полученным фрагментам.

В 1970-х годах группа Сенгера разработала несколько подходов к секвенированию ДНК. Наиболее успешный вариант был опубликован в 1977 году Фредериком Сенгером, Стивеном Никленом и Аланом Коулсоном. Метод использовал ДНК-полимеразу и специальные аналоги нуклеотидов — дидезоксинуклеотиды. Когда такой нуклеотид включался в растущую цепь ДНК, дальнейший синтез прекращался. В результате получался набор фрагментов разной длины, заканчивающихся на определённых основаниях. Разделив эти фрагменты, исследователь мог восстановить последовательность исходной ДНК. Этот принцип получил название метода Сенгера, или метода терминации цепи.

Методы, созданные группой Сенгера, позволили перейти от чтения отдельных коротких фрагментов к целым геномам. В 1977 году Сенгер и его коллеги опубликовали последовательность ДНК бактериофага φX174 — первого полностью прочитанного ДНК-генома. Его размер составлял примерно 5,4 тысячи нуклеотидов, и анализ показал, что некоторые гены вируса перекрываются: один и тот же участок ДНК может участвовать в кодировании разных белков. Так секвенирование стало не просто способом определить химическую структуру молекулы, а инструментом исследования организации генома.

В 1980 году Сенгер получил вторую Нобелевскую премию по химии. Половина премии была присуждена Полу Бергу за исследования рекомбинантной ДНК, а другую половину разделили Сенгер и Уолтер Гилберт за вклад в определение последовательностей оснований нуклеиновых кислот. Сенгер стал первым человеком, дважды получившим Нобелевскую премию по химии. Он вышел на пенсию в 1983 году, но разработанный его группой принцип секвенирования впоследствии стал одной из технологических основ проекта «Геном человека». В 1993 году недалеко от Кембриджа открылся исследовательский центр, названный в его честь, — будущий Wellcome Sanger Institute. Фредерик Сенгер умер в Кембридже 19 ноября 2013 года.