الرجل الذي رسم الخريطة الكيميائية للحياة: فريدريك سانغر وقصة تحديد التسلسل الجيني

لا يكاد يوجد من قرأ عن علم الوراثة ولم يسمع باسمه. إنه عالم الكيمياء الحيوية البريطاني الحائز مرتين على جائزة نوبل في الكيمياء، فريدريك سانغر، الذي عُرف طوال حياته بشخصيته المتواضعة. وُلد سانغر في إنجلترا في 13 أغسطس 1918، وأكمل دراسته في العلوم الطبيعية بجامعة كامبريدج. أُعفي من الخدمة العسكرية خلال الحرب العالمية الثانية، وواصل أبحاثه العلمية خلال تلك الفترة. 

استحق سانغر جائزة نوبل في الكيمياء عام 1958 عن أعماله التي حددت بنية الإنسولين، وعام 1980 عن إسهاماته في تحديد تسلسلات القواعد في الأحماض النووية، ليصبح العالم الوحيد الذي حصل على هذه الجائزة مرتين في الفئة نفسها. توفي سانغر عام 2013 عن عمر بلغ 95 عامًا، ولا تزال تقنية التسلسل الجيني التي تحمل اسمه مستخدمة حتى اليوم. وهذه الطريقة التي طورها في 1977، PCR تؤدي دورًا مهمًا في توفير البيانات الوراثية في مجالات متنوعة، مثل التحقق من نتائج التفاعل، والتحليل التطوري، والدراسات الوبائية، والتحقيقات الجنائية.

"الرجل الذي رسم الخريطة الكيميائية للحياة" كما أُطلق عليه.

تسلسل الجيل التالي (NGS) وعلى الرغم من بطء طريقة سانغر نسبيًا مقارنة بهذه التقنيات، فإنها لا تزال تقنية مفضلة في كثير من الأبحاث بفضل مرونة تطبيقاتها وارتفاع معدل دقتها.

طريقة سانغر

فريدريك سانغر، DNA لتطوير طريقة تحديد تسلسل الحمض النووي، أجرى دراسات ركزت خصوصًا على فهم بنية DNA. وفي 1977 قدم طريقة «ثنائي منقوص الأكسجين» أو «إنهاء السلسلة» لتحديد تسلسلات DNA. وصُممت هذه التقنية لتتيح ترتيب القطع القصيرة من DNA، من خلال إيقاف امتداد السلسلة أثناء نسخ الحمض النووي. وتشمل الطريقة إنزيم بوليميراز DNA وأربعة أنواع من القواعد، هي الأدينين والثايمين والسيتوزين والغوانين، إضافة إلى نسخة ثنائية منقوصة الأكسجين من كل قاعدة. توقف هذه القواعد نمو السلسلة، فتنتج قطعًا من DNA بأطوال مختلفة، ثم تُفصل هذه القطع بالرحلان الكهربائي وتصبح قابلة لتحديد تسلسلها. واستُخدمت هذه التقنية لاحقًا في مشروع الجينوم البشري وفي دراسات جينومية عديدة أخرى.

يمكننا تلخيص عملية تحديد تسلسل DNA بطريقة سانغر في 7 خطوات:

1. تُفصل قطعة DNA مزدوجة السلسلة (dsDNA) إلى قطعتين من DNA أحادي السلسلة (ssDNA).
2. تُضاعف قطعة ssDNA لإنتاج ملايين النسخ.
3. تُضاف قطعة بدء، أي بادئة، تقابل أحد طرفي القطعة.
4. تُضاف القطع إلى أربعة محاليل بوليميراز. ويحتوي كل محلول على أربعة أنواع من القواعد، لكنه يحتوي على نوع واحد فقط من النيوكليوتيدات المنهية للسلسلة.
5. تواصل السلسلة النمو حتى يُضاف إليها نيوكليوتيد إنهاء عشوائي.
6. تُفصل قطع DNA مزدوجة السلسلة الناتجة للحصول على مجموعات من DNA أحادي السلسلة بأطوال مختلفة.
7. تُفصل القطع بالرحلان الكهربائي، ويُقرأ التسلسل.

وإضافة إلى هذا التلخيص، يُوسم عادة كل نوع من نيوكليوتيدات الإنهاء المستخدمة في هذه الطريقة بعلامة فلورية مختلفة. ويقرأ كاشف ليزري هذه العلامات بعد عملية الرحلان الكهربائي، فيُكتشف الترتيب المحدد في جهاز آلي لتحديد تسلسل DNA.

ما قبل ذلك: كيف حدد سانغر تسلسل الإنسولين؟

طور فريدريك سانغر أساليب جديدة لتحديد تسلسل الأحماض الأمينية في الإنسولين، وذلك بتقسيم جزيئات البروتين إلى قطع وتحديد الأحماض الأمينية الموجودة في كل قطعة على التوالي. واستخدم خصوصًا طرقًا كيميائية تقسم البروتينات إلى قطع أصغر وتحدد الأحماض الأمينية الموجودة عند أطرافها. ومن خلال تجزئة جزيء الإنسولين وتحليل البنية الكيميائية لكل قطعة، تمكن سانغر من استنتاج ترتيب هذه القطع، ومن ثم التسلسل الكامل للأحماض الأمينية في الإنسولين. وقد أكسبه هذا العمل جائزة نوبل في الكيمياء عام 1958، وأرسى أساس دراسات تحديد تسلسل البروتينات. ومهدت هذه الطريقة في السنوات اللاحقة لتطوير تقنيات تحديد تسلسل DNA.

من نوبل إلى الحديقة: رحلة فريدريك سانغر المتواضعة

في عام 1992، أنشأ صندوق ويلكوم ومجلس البحوث الطبية، في هينكستون بالقرب من منزل سانغر، مركز سانغر وعندما سمح بإطلاق اسم سانغر على المركز، نبه جون سولستون بلطف إلى ضرورة أن يكون عملهم ممتازًا. ورفض سانغر لقب الفروسية لأنه لم يرغب في أن يُنادى بلقب «سير»، وقبل بدلًا منه وسام الاستحقاق.

عُرف سانغر بتواضعه في الأوساط العلمية، وتقبل بتواضع أيضًا الدعم المقدم لأرشفة دفاتره المختبرية البالغ عددها 35 دفترًا، والتي سجل فيها أبحاثه، والمحافظة عليها. وفي تقاعده انشغل بأعمال البستنة في منزله في كامبريدجشير، وأظهر سلوكيات تعكس عمق شخصيته إلى جانب إسهاماته العلمية.

ظل سانغر عبقريًا علميًا طوال حياته الأكاديمية ومصدر إلهام لطلابه وزملائه، ودافع عن الأهمية الكبيرة لفهم العلوم الأساسية وتطويرها، إلى جانب التطبيقات العملية للأبحاث. وتكشف قصة حياته عن نسيج معقد من الفضول العلمي والتفاني والتواضع. وقد مهدت أعماله لتطوير تقنيات أساسية لا تزال مستخدمة في علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية.

*

فيما يلي، تاريخ موجز للدراسات الوراثية في السرطان يمكن الاطلاع عليه: