Человек, составивший химическую карту жизни: Фредерик Сенгер и история генетического секвенирования

Каждый, кто читал о генетике, слышал его имя. Британский биохимик, дважды удостоенный Нобелевской премии по химии, Фредерик Сенгер на протяжении всей жизни был известен своей скромностью. Он родился в Англии 13 августа 1918 года и получил образование в области естественных наук в Кембриджском университете. Во время Второй мировой войны он был освобождён от военной службы и продолжал научные исследования. 

Сенгер получил Нобелевскую премию по химии в 1958 году за работы по определению структуры инсулина и в 1980 году за вклад в определение последовательностей оснований нуклеиновых кислот, став единственным учёным, дважды получившим эту награду в одной категории. Он умер в 2013 году в возрасте 95 лет, а названная его именем техника генетического секвенирования используется до сих пор. Разработанный им в 1977 году метод используют для подтверждения результатов ПЦР, а также для получения генетических данных при филогенетического анализа, эпидемиологических исследований, судебной экспертизы и других областей.

«Человек, составивший химическую карту жизни» — так его называли.

Секвенирование нового поколения (NGS) работает быстрее, однако метод Сенгера по-прежнему предпочитают во многих исследованиях благодаря гибкости применения и высокой точности.

Метод Сенгера

Чтобы разработать метод секвенирования, Фредерик Сенгер изучал прежде всего структуру ДНК. В 1977 году он представил дидезоксиметод, или метод обрыва цепи, для определения последовательностей ДНК. Он был разработан для упорядочивания коротких фрагментов ДНК путём остановки цепи при её копировании. В методе используются фермент ДНК-полимераза, четыре типа оснований — аденин, тимин, цитозин и гуанин, — а также дидезоксивариант каждого основания. Дидезоксиоснования останавливают рост цепи, образуя фрагменты ДНК разной длины, которые разделяют электрофорезом и затем секвенируют. Позже эту технологию применили в проекте «Геном человека» и многих других геномных исследованиях.

Процесс определения последовательности ДНК методом Сенгера можно кратко описать в 7 этапах:

1. Фрагмент двухцепочечной ДНК (dsDNA) разделяют на две одноцепочечные молекулы ДНК (ssDNA).
2. Фрагмент ssDNA размножают до миллионов копий.
3. Добавляют начальный фрагмент — праймер, соответствующий одному из концов.
4. Фрагменты добавляют в четыре раствора полимеразы. Каждый содержит четыре типа оснований, но только один тип терминирующего нуклеотида.
5. Цепь продолжает расти, пока в неё случайным образом не включится терминирующий нуклеотид.
6. Полученные двухцепочечные фрагменты ДНК разделяют, чтобы образовались серии одноцепочечных фрагментов различной длины.
7. Фрагменты разделяют электрофорезом и считывают последовательность.

В дополнение к этому описанию следует отметить, что каждый тип терминирующего нуклеотида обычно маркируют отдельной флуоресцентной меткой. После электрофореза лазерный детектор считывает метки, и автоматический секвенатор ДНК определяет последовательность.

Ранее: как Сенгер определил последовательность инсулина?

Для определения аминокислотной последовательности инсулина Фредерик Сенгер разработал новые методы разделения белковых молекул на фрагменты и последовательного установления аминокислот каждого фрагмента. В частности, он использовал химические методы расщепления белков на более мелкие участки и определения аминокислот на их концах. Разделив молекулу инсулина и проанализировав химическую структуру каждого фрагмента, Сенгер установил порядок этих участков и тем самым полную аминокислотную последовательность инсулина. Эта работа принесла ему Нобелевскую премию по химии в 1958 году и заложила основы секвенирования белков. В последующие годы этот метод подготовил почву для разработки технологий секвенирования ДНК.

От Нобелевской премии к саду: скромный путь Фредерика Сенгера

В 1992 году Wellcome Trust и Совет медицинских исследований основали в Хинкстоне, недалеко от дома Сенгера, Центр Сенгера. Разрешив назвать центр своим именем, он вежливо предупредил John Sulston, что работа должна быть безупречной. Сенгер отказался от рыцарского звания, поскольку не хотел, чтобы его называли «сэр», но вместо этого принял орден Заслуг.

Известный своей скромностью в научном мире, Сенгер также с благодарностью принял поддержку архивирования и сохранения 35 лабораторных тетрадей, в которых записывал свои исследования. На пенсии он занимался садом у своего дома в Кембриджшире; его поведение отражало глубину личного характера наряду с научными достижениями.

На протяжении академической жизни Сенгер оставался научным гением и вдохновлял студентов и коллег. Он отстаивал важность не только практического применения исследований, но и понимания и развития фундаментальной науки. Его биография соединяет научную любознательность, самоотверженность и скромность. Его работы подготовили развитие базовых методов генетики и молекулярной биологии, используемых до сих пор.

*

Ниже представлена краткая история генетических исследований в онкологии :