Omul care a cartografiat chimia vieții: Frederick Sanger și povestea secvențierii genetice

Oricine a citit despre genetică i-a auzit numele. Biochimist britanic și dublu laureat al Premiului Nobel pentru Chimie, Frederick Sanger a fost cunoscut toată viața drept un om modest. Născut în Anglia la 13 august 1918, Sanger și-a încheiat studiile de științe naturale la Universitatea Cambridge. A fost scutit de serviciul militar în timpul celui de-al Doilea Război Mondial și și-a continuat cercetările științifice în acea perioadă. 

Sanger a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1958 pentru studiile care au determinat structura insulinei și în 1980 pentru contribuțiile la determinarea secvențelor bazelor din acizii nucleici, devenind singurul om de știință care a primit de două ori premiul în aceeași categorie. Tehnica de secvențiere genetică ce îi poartă numele este utilizată și astăzi. Sanger a murit în 2013, la 95 de ani. Metoda pe care a dezvoltat-o în 1977 are un rol important în furnizarea datelor genetice în domenii precum validarea rezultatelor PCR , analiza filogenetică, studiile epidemiologice și investigațiile criminalistice.

"Omul care a cartografiat chimia vieții" așa a fost numit.

Next-generation sequencing (NGS) este mai rapidă decât metoda Sanger, dar aceasta rămâne preferată în multe cercetări datorită flexibilității aplicațiilor și preciziei ridicate.

Metoda Sanger

Frederick Sanger a studiat în special structura DNA pentru a dezvolta metoda de secvențiere. În 1977 a prezentat metoda „dideoxy” sau de „terminare a lanțului” pentru determinarea secvențelor DNA. Tehnica a fost concepută pentru secvențierea fragmentelor scurte de DNA prin întreruperea lanțului în timpul copierii DNA. Ea utilizează enzima DNA-polimerază, cele patru tipuri de baze (adenină, timină, citozină și guanină) și câte o versiune dideoxy a fiecărei baze. Bazele dideoxy opresc creșterea lanțului, producând fragmente DNA de lungimi diferite, care sunt separate prin electroforeză și pot fi secvențiate. Tehnologia a fost utilizată ulterior în Proiectul Genomului Uman și în multe alte studii genomice.

Putem rezuma procesul de determinare a secvenței DNA prin metoda Sanger în 7 pași:

1. Un fragment DNA dublu catenar (dsDNA) este separat în două fragmente DNA monocatenare (ssDNA).
2. Fragmentul ssDNA este multiplicat în milioane de copii.
3. Se adaugă un fragment de inițiere (primer) corespunzător unui capăt al fragmentului.
4. Fragmentele sunt adăugate în patru soluții cu polimerază. Fiecare soluție conține cele patru tipuri de baze, dar numai un tip de nucleotid de terminare.
5. Lanțul continuă să crească până când este adăugat aleatoriu un nucleotid de terminare.
6. Fragmentele DNA dublu catenare obținute sunt separate pentru a produce serii de DNA monocatenar de lungimi diferite.
7. Fragmentele sunt separate prin electroforeză, iar secvența este citită.

Pe lângă acest rezumat, de regulă fiecare nucleotid de terminare utilizat în metodă este marcat cu o etichetă fluorescentă diferită. După electroforeză, aceste etichete sunt citite de un detector laser, iar secvența este identificată într-un aparat automat de secvențiere DNA.

Mai devreme: Cum a secvențiat Sanger insulina?

Pentru a determina secvența aminoacizilor din insulină, Frederick Sanger a dezvoltat metode noi de fragmentare a moleculelor proteice și de identificare, în ordine, a aminoacizilor din fiecare fragment. A folosit în special metode chimice care împărțeau proteinele în fragmente mai mici și identificau aminoacizii de la capetele acestora. Fragmentând molecula de insulină și analizând structura chimică a fiecărei părți, Sanger a reușit să stabilească ordinea fragmentelor și, astfel, secvența completă a aminoacizilor insulinei. Această cercetare i-a adus Premiul Nobel pentru Chimie în 1958 și a pus bazele studiilor de secvențiere proteică. În anii următori, metoda a deschis calea dezvoltării tehnicilor de secvențiere DNA.

De la Nobel la grădină: drumul modest al lui Frederick Sanger

În 1992, Wellcome Trust și Consiliul de Cercetare Medicală au înființat la Hinxton, aproape de locuința lui Sanger, Centrul Sanger . Când a acceptat ca centrul să îi poarte numele, i-a atras politicos atenția lui John Sulston că activitatea lor trebuia să fie excelentă. Refuzând titlul de cavaler deoarece nu dorea să fie numit „Sir”, Sanger a acceptat în schimb Ordinul de Merit.

Cunoscut pentru modestia sa în lumea științifică, Sanger a acceptat cu aceeași modestie și sprijinul pentru arhivarea și conservarea celor 35 de caiete de laborator în care își consemnase cercetările. La pensie, ocupându-se de grădinărit la locuința sa din Cambridgeshire, el a manifestat, pe lângă contribuțiile științifice, și profunzimea caracterului său.

Rămas un geniu științific de-a lungul vieții academice și o sursă de inspirație pentru studenți și colegi, Sanger a susținut că, pe lângă aplicațiile practice ale cercetării, înțelegerea și dezvoltarea științelor fundamentale sunt foarte importante. Povestea vieții sale prezintă o împletire complexă de curiozitate științifică, dăruire și modestie. Cercetările lui au deschis calea tehnicilor fundamentale utilizate încă în genetică și biologie moleculară.

*

Mai jos este prezentată o scurtă istorie a studiilor genetice în cancer :