Hiç şüphe yok ki Nobel Kimya Ödülü’nü kazanmak çok önemli bir başarıdır. Ancak iki kez kazanmak nadir bir başarıdır. Frederick Sanger, ödül tarihinde Nobel Ödülü kazanan yalnızca dört kişiden biridir ve aynı kategoride kazanan yalnızca iki kişiden biridir (diğeri fizikçi John Bardeen’dir). Sanger, insülin dizilimi konusundaki çalışmasıyla 1958’de Kimya alanında ilk Nobel Ödülü’nü kazandı. Sanger’in araştırmasından önce, proteinlerin açıkça tanımlanmış bir şekle sahip olmadığı varsayılmıştı. Sanger, insülini kimyasal olarak sıralayarak, proteinlerin belirli bir yapıya sahip olduğunu gösterdi. Ve 22 yıl sonra, DNA’ya çeşitli yeni dizileme yöntemleri uygulayarak, 1980’de Paul Berg ve Walter Gilbert ile paylaştığı ikinci Nobel Kimya Ödülü’nü kazandı. Nükleik asitlerdeki temel dizilim, DNA molekülündeki timin (T), adenin (A), sitozin (C) ve guanin (G)’nin fiziksel dizilişini belirledi ve Frederick Sanger’in keşfi, insan genomunun dizilimini mümkün kıldı.
İngiliz biyokimyacı Frederick Sanger, 13 Ağustos 1918’de Rundcombe, Gloucestershire’da doğdu ve 19 Kasım 2013’te Cambridge’de öldü. Sanger, bir tıp doktoru olan Frederick Sanger ile zengin bir pamuk üreticisinin kızı olan Cecily Crosdon Sanger’in ortanca çocuğuydu. Ailesi, babasının izinden gitmesi ve doktor olması konusunda ısrar etti. Uzun düşüncelerden sonra bilim insanı olmaya karar veren Sanger, St. John Koleji. İlk başta kimya ve fiziğe odaklandı, ancak genç yaşta pek ilgi duymadığı matematik ve fizikteki bilgi eksikliği onu zorlayınca fizyoloji ve biyokimya alanlarına yöneldi. Eğitiminin ikinci yılında annesini ve babasını kanserden kaybetti. Quaker Hıristiyanlığının etkisi altında büyüyen, vicdani bir savaş karşıtı olan ve inancından dolayı savaşa karşı çıkan Sanger, 1940 yılında Cambridge Anti-War Scholars grubunda tanıştığı Joan Howe ile evlendi ve çift, 1940 yılında dünyaya geldi. üç çocuk, Robin ve Peter ve Sally Gowan. Dünya Savaşı sırasında Cambridge’de biyokimyacı Albert Neuberger ile lizin metabolizması üzerinde de çalışan Sanger, 1943’te doktorasını tamamladı.
İçindekiler
İnsülin sıralama çalışmaları
Savaş nedeniyle, biyokimyacı Albert C. Chibnall ve protein araştırma grubu Londra’dan (Imperial College of Science, Technology and Medicine) Cambridge’deki Biyokimya Departmanında daha güvenli bir ortama taşındı. Protein araştırmacıları arasında iki farklı yaklaşım tartışma konusu olmuştur. Birinci yaklaşıma göre proteinler, kimyasal analizlerle kolayca çözülemeyecek kadar karmaşık karışımlardı. Chibnall, belirli bir proteini kendi başına bir kimyasal bileşik olarak kabul eden diğer yaklaşımı onayladı. Frederick Sanger gruba katıldığında Chibnall insülin kullanıyordu. Chibnall’ın önerisi üzerine Sanger, insülinin amino içermeyen gruplarını tanımlama ve niceleme çalışmalarına başladı.
Frederick Sanger, amino gruplarından sarı türevler üretmek için dinitroflorobenzen kullanan bir yöntem geliştirdi. Yeni ayırma yöntemi olan kromatograf hakkında bilgiler yayınlandı ve Sanger, bu yeni tekniğin, kariyeri üzerinde büyük etkisi olan protein hidroliz ürünlerini ayırmadaki yararlılığını hemen anladı. İnsülinin fenilalanin ve glisin olmak üzere iki tür zincirden oluştuğunu öne süren iki son amino grubu tanımladı. Öğrencisi Rodney Porter ile birlikte, birçok proteinin uç amino gruplarını incelemek için bu yeni yöntemi kullandılar. Rodney Porter daha sonra antikorların kimyasal yapısını belirleme konusundaki çalışmaları nedeniyle 1972 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne layık görüldü.
İnsülin zincirlerinin disülfit bağları ile bir arada tutulduğunu varsayan Frederick Sanger, zincirleri oksitleyerek iki parçaya ayırdı. fraksiyonun amino ucunda fenilalanin; Diğer kısım glisin içeriyordu. Tam asit hidrolizi, insülini amino asit bileşenlerine indirgedi, kısmi asit hidrolizi ise farklı amino asitlerle insülin peptitlerini oluşturdu. O sırada tanıtılan başka bir teknoloji olan kağıt kromatografi ile Sanger, her zincirin amino-terminal peptitlerini dizilemeyi başardı ve çalışması ilk kez bir proteinin bir noktada belirli bir diziye sahip olduğunu gösterdi. Kısmi asit hidrolizi ve enzimatik hidrolizin bir kombinasyonunu kullanan Friedrich Sanger ve Avusturyalı biyokimyacı Hans Tobe, insülinin fenilalanin zincirindeki amino asitlerin tam dizisini belirledi. Sanger, Avustralyalı biyokimyacı EOP Thompson ile birlikte yürüttüğü başka bir çalışmada da glisin zincirinin dizilişini belirledi.
Şimdi geriye sadece iki problem kaldı: amid gruplarının dağılımı ve disülfit bağlarının yeri. 1954 yılında bu iki sorunun cevabını bulan Frederick Sanger, insülinin yapısını tamamen çözmüştür. Bu çalışma için, bir proteini dizileyen ilk bilim adamı olarak 1958’de Kimyada Nobel Ödülü’ne layık görüldü. Sanger ve meslektaşları, insülin araştırmalarına devam ettiler ve bunu diğer birçok türün sıralama sonuçlarıyla karşılaştırdılar. Yeni geliştirilen radyo etiketleme tekniklerini kullanarak Sanger, çeşitli enzimlerin aktif merkezlerinin amino asit dizilerini ortaya çıkardı. Arjantin doğumlu immünolog Cesar Milstein adlı öğrencisiyle böyle bir çalışma yürüttü. Milstein, monoklonal antikor üretimi ilkesini keşfettiği için 1984 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne layık görüldü.
RNA dizileme çalışmaları
1962’de Tıbbi Araştırma Konseyi, Cambridge’de yeni bir moleküler biyoloji laboratuvarı açtı. Avusturyalı biyokimyacı Max Perutz, İngiliz biyokimyacı John Kendrew ve İngiliz biyofizikçi Francis Crick bu yeni laboratuvarda çalışmaya başladılar. Frederick Sanger, Protein Bölümü Başkanı olarak atandı. 1962 yılı laboratuvarın dünya çapında tanınmaya başladığı yıl oldu. Perutz ve Kendrew, 1962 Nobel Kimya Ödülü’nü paylaşırken, Francis Crick, DNA’nın keşfi için 1962 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü Amerikalı genetikçi James D.
Sanger’in yeni laboratuvardaki DNA çalışmaları, RNA arayışına yöneldi. RNA molekülleri proteinlerden çok daha büyüktü, bu nedenle teknik iyileştirmeler yapacak kadar küçük moleküller elde etmek zordu. Amerikalı biyokimyacı Robert W. Holley ve meslektaşları, alanin taşıyıcı RNA’yı dizilerken insülinin kısmi hidrolizi için Sanger yöntemlerini kullandılar. Yeni bir stratejiye ihtiyaç vardı, çünkü diğer RNA tiplerinden farklı olarak, transfer RNA alışılmadık derecede fazla sayıda nükleotid içerir, ancak kısmi hidroliz yöntemi sadece dört tip nükleotit içeren diğer RNA molekülleri ile iyi çalışmadı.
Frederick Sanger’in laboratuvarının amacı, mRNA’yı sıralamak ve genetik kodu belirlemek, böylece nükleotit gruplarının amino asitleri nasıl kodladığı gizemini çözmekti. Sanger, İngiliz biyokimyacılar George G. Brownlee ve Bart G. Burrell ile birlikte, RNA dizilimi için iki boyutlu bir elektroforez yöntemi geliştirdi. Sıralama yöntemleri tanıtıldığında, diğer araştırmacılar, özellikle Amerikalı biyokimyacı Marshall Nirenberg ve Hintli biyokimyacı Har Gobind Khurrana, in vitro protein sentezi tekniklerini kullanarak kodu kırdılar. Sanger’in ekibinin RNA sıralama çalışması bu genetik kodu doğruladı.
DNA dizileme çalışmaları
Sanger, 1970’lerin başında deoksiribonükleik asit (DNA) ile ilgilenmeye başladı. DNA moleküllerinin boyutlarının çok büyük olması ve DNA’yı küçük parçalara ayırmaya uygun enzimlerin bulunmayışı nedeniyle DNA dizileme çalışmaları geliştirilememiştir. Araştırmasını, İsviçreli kimyager Charles Weismann’ın faj RNA çalışmalarında kullandığı enzim replikasyon yaklaşımına dayandıran Sanger, DNA polimeraz enzimini kullanarak tek sarmallı şablonlar kullanarak DNA dizilemesi yapmaya ve yeni DNA’ya radyoaktif nükleotidler eklemeye başladı.
DNA polimeraz, şablon zincirinin belirli bir bölgesine bağlanabilen bir primer gerektirir. Başarı, uygun hammaddelerin olmaması nedeniyle sınırlıydı. Sanger ve İngiliz meslektaşı Alan R. Coulson, hızlı DNA dizilimi için bir “artı ve eksi” yöntemi geliştirdi. Yöntem, kısmi hidroliz kullanmaması bakımından önceki yöntemlerden kökten farklıydı. poliakrilamid jel elektroforezi kullanılarak ayrılabilen farklı uzunluklarda bir dizi DNA molekülü üretti. DNA, hem pozitif hem de seyreltilmiş sistemlerin rastgele moleküler düzeneklerini oluşturmak için çok kısadan çok uzuna şablonlardan sentezlendi. Pozitif ve negatif gruplar aynı jel üzerinde ayrıldığında, dizi her iki sistemden de okunabilir, biri diğerini doğrular. 1977’de Frederick Sanger’in çalışma grubu, dizilenecek ilk tam genom olan fajların DNA’sını dizilemek için bu sistemi kullandı.
Artı ve eksi sistemlerle ilgili çözülmemiş birkaç sorun vardı. Frederick Sanger, Alan R. Coulson ve İngiliz meslektaşları Steve Nicklen, nükleotid dinükleotid zincir sonlandırma inhibitörlerini kullanan bir prosedür geliştirdiler. DNA, büyüyen DNA zincirine bir inhibitör molekül eklenene kadar sentezlendi. Her biri farklı bir inhibitöre sahip dört reaksiyon kullanılarak, her nükleotitte DNA fragmanları yaratıldı. Örneğin, reaksiyon A’da, A harfi (adenin) ile biten bir DNA fragmanları zinciri üretildi. Reaksiyon C’de, C (sitozin) ile biten bir DNA fragmanları zinciri üretildi ve aynı işlem G (guanin) ve T (timin) için yapıldı. Dört reaksiyon bir jel üzerinde yan yana ayrıldığında ve bir otoradyogram elde edildiğinde, dizi film üzerinde okunabiliyordu. Frederick Sanger ve meslektaşları ayrıca insan mitokondriyal DNA’sını sıralamak için dideoksi yöntemini kullandılar. Böylece Frederick Sanger, DNA dizileme yöntemlerine yaptığı büyük katkılardan dolayı 1980 yılında Nobel Kimya Ödülü’nü de kazandı ve 1983’te emekli oldu. Bilim insanı. Merkez, Sanger’in de katılımıyla 4 Ekim 1993’te yaklaşık elli bilim insanından oluşan bir kadroyla açıldı ve insan genomu araştırmalarına öncülük etti. Bugün Sanger Enstitüsü, birlikte çalışan 900’den fazla araştırmacıyla dünyanın en büyük genom araştırma merkezlerinden biridir.
kaynak:
— George G. Brownlee, “Fred Sanger, Çifte Nobel Ödülü Sahibi: Bir Biyografi”, Cambridge University Press, (2014).
– Miguel García-Sancho, “Sanger’in Dizileme Geliştirmesine Yeni Bir Bakış: Proteinlerden DNA’ya, 1943-1977,” Journal of the History of Biology, 43, (2010).
— Lara Marks, “The Path to DNA Sequencing: The Life and Work of Fred Sanger,” What is Biotechnology, (2015).
yazar: Juni Saraoğlu’nu aç
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]