Həyatın kimyəvi xəritəsini çıxaran adam: Frederick Sanger və genetik ardıcıllama hekayəsi

Genetika haqqında oxuyub onun adını eşitməyən yoxdur. Kimya üzrə iki dəfə Nobel mükafatı almış ingilis biokimyaçı Frederick Sanger həyatı boyu təvazökar insan kimi tanınıb. 13 avqust 1918-ci ildə İngiltərədə dünyaya gələn Sanger Cambridge Universitetində təbiət elmləri üzrə təhsilini tamamlayıb. İkinci Dünya müharibəsi zamanı hərbi xidmətdən azad edilib və bu müddətdə elmi tədqiqatlarını davam etdirib. 

Sanger 1958-ci ildə insulinin quruluşunu müəyyən edən işlərinə, 1980-ci ildə isə nuklein turşularındakı əsas ardıcıllıqlarının müəyyən edilməsinə verdiyi töhfələrə görə Kimya üzrə Nobel mükafatına layiq görülüb və bu mükafatı eyni kateqoriyada iki dəfə alan yeganə alim olub. 2013-cü ildə 95 yaşında vəfat edən Sangerin adını daşıyan genetik ardıcıllama texnikası bu gün də istifadə olunur. 1977-ci ildə hazırladığı bu üsul PCR nəticələrinin təsdiqlənməsi, filogenetik analiz, epidemioloji tədqiqatlar və məhkəmə araşdırmaları kimi müxtəlif sahələrdə genetik məlumatların təmin edilməsində mühüm rol oynayır.

"Həyatın kimyəvi xəritəsini çıxaran adam" kimi tanınıb.

Növbəti nəsil ardıcıllama (NGS) texnologiyalarına nisbətən yavaş olmasına baxmayaraq, Sanger ardıcıllama üsulu çevik tətbiq imkanları və yüksək dəqiqliyi ilə bir çox tədqiqatda hələ də üstünlük verilən texnikadır.

Sanger metodu

Frederick Sanger DNA ardıcıllama üsulunu hazırlamaq üçün xüsusilə DNA-nın quruluşunu anlamağa yönəlmiş işlər aparıb. 1977-ci ildə DNA ardıcıllıqlarını müəyyən etmək üçün 'dideoxy' və ya 'zəncirin sonlandırılması' üsulunu təqdim edib. Bu texnika DNA-nın surətinin çıxarılması zamanı zəncirin sonlandırılmasını təmin edərək DNA-nın qısa parçalarının ardıcıllığını müəyyən etmək üçün hazırlanıb. Üsul DNA polimeraza fermenti və dörd növ əsasla (adenin, timin, sitozin və quanin) yanaşı, hər əsasın dideoxy variantını da ehtiva edir. Dideoxy əsasları zəncirin uzanmasını dayandırır, beləliklə müxtəlif uzunluqlu DNA parçaları yaranır və bu parçalar elektroforez vasitəsilə ayrılaraq ardıcıllanmağa hazır vəziyyətə gətirilir. Bu texnologiya sonralar İnsan Genomu Layihəsində və bir çox digər genomik tədqiqatda istifadə edilib.

Sanger metodunun DNA ardıcıllığını müəyyən etmə prosesini 7 addımda ümumiləşdirə bilərik:

1. İkiqat zəncirli DNA (dsDNA) parçası iki təkzəncirli DNA (ssDNA) parçasına ayrılır.
2. ssDNA parçası milyonlarla nüsxəyə çoxaldılır.
3. Parçanın bir ucuna uyğun gələn başlanğıc parça (praymer) əlavə edilir.
4. Parçalar dörd polimeraza məhluluna əlavə edilir. Hər məhlul dörd növ əsas ehtiva edir, lakin yalnız bir növ sonlandırıcı nukleotidə malikdir.
5. Zəncir təsadüfi sonlandırıcı nukleotid əlavə edilənədək uzanmağa davam edir.
6. Alınan ikiqat zəncirli DNA parçaları müxtəlif uzunluqlu təkzəncirli DNA sıraları əldə etmək üçün ayrılır.
7. Parçalar elektroforezlə ayrılır və ardıcıllıq oxunur.

Bu xülasəyə əlavə olaraq, adətən bu üsulda istifadə edilən hər sonlandırıcı nukleotid fərqli flüoressent nişanla işarələnir. Elektroforez prosesindən sonra bu nişanlar lazer detektoru tərəfindən oxunur və avtomatik DNA ardıcıllama cihazında müəyyən edilən sıra aşkar olunur.

Daha əvvəl: Sanger insulinin ardıcıllığını necə müəyyən etdi?

Frederick Sanger insulinin amin turşusu ardıcıllığını müəyyən etmək üçün zülal molekullarını parçalara ayırmağa və hər parçadakı amin turşularını sıra ilə aşkar etməyə imkan verən yeni üsullar hazırladı. Xüsusilə, zülalları daha kiçik parçalara bölən və bu parçaların uclarında yerləşən amin turşularını müəyyən edən kimyəvi üsullardan istifadə etdi. İnsulin molekulunu parçalara ayıraraq və hər parçanın kimyəvi quruluşunu analiz edərək Sanger bu parçaların sırasını, beləliklə də insulinin tam amin turşusu ardıcıllığını müəyyən etməyi bacardı. Bu işi ona 1958-ci ildə Kimya üzrə Nobel mükafatı qazandırdı və zülal ardıcıllama tədqiqatlarının əsasını qoydu. Bu üsul sonrakı illərdə DNA ardıcıllama texnikalarının inkişafına yol açdı.

Nobeldən bağa: Frederick Sangerin təvazökar səyahəti

1992-ci ildə Wellcome Trust və Tibbi Tədqiqat Şurası tərəfindən Sangerin evinə yaxın Hinxtonda Sanger Mərkəzi yaradıldı. Mərkəzə Sanger adının verilməsinə razılıq bildirərkən John Sulstona işlərinin mükəmməl olmalı olduğunu nəzakətlə xatırlatdı. "Sir" kimi çağırılmaq istəmədiyi üçün cəngavərlik titulundan imtina edən Sanger bunun əvəzinə Ləyaqət Ordenini qəbul etdi.

Elm dünyasında təvazökar mövqeyi ilə tanınan Sanger öz tədqiqatlarını qeyd etdiyi 35 laboratoriya dəftərinin arxivləşdirilməsi və qorunması üçün göstərilən dəstəyi də təvazökarlıqla qəbul etdi. Təqaüd dövründə Cambridgeshiredəki evində bağçılıqla məşğul olan Sanger elmi töhfələri ilə yanaşı şəxsi xarakterinin dərinliyini də əks etdirən davranışlar göstərdi.

Akademik həyatı boyu elmi dahi olaraq qalan və tələbələri ilə həmkarlarına ilham verən Sanger tədqiqatların praktik tətbiqləri ilə yanaşı fundamental elmlərin anlaşılmasının və inkişafının da böyük əhəmiyyət daşıdığını müdafiə edib. Sangerin həyat hekayəsi elmi maraq, fədakarlıq və təvazökarlığın mürəkkəb vəhdətini nümayiş etdirir. Onun işləri genetika və molekulyar biologiya sahələrində hələ də istifadə edilən əsas texnikaların inkişafına yol açıb.

*

Aşağıda  xərçəngdə genetik tədqiqatların qısa tarixini  görmək olar: