Yaşamın Kimyasal Haritasını Çıkaran Adam: Frederick Sanger ve Genetik Dizilemenin Hikayesi

Genetik hakkında okuma yapıp da onun adını duymayan yoktur. İki kez Nobel Kimya Ödülü sahibi bir İngiliz biyokimyacı olan Frederick Sanger, yaşamı boyunca mütevazi bir kişilik olarak tanınmıştır. 13 Ağustos 1918'de İngiltere'de dünyaya gelen Sanger, Cambridge Üniversitesi'nde doğa bilimleri alanında eğitimini tamamlamıştır. İkinci Dünya Savaşı sırasında askeri hizmetten muaf tutulmuş ve bu süre zarfında bilimsel araştırmalarına devam etmiştir. 

Sanger, 1958 yılında insülinin yapısını belirleyen çalışmaları ve 1980 yılında nükleik asitlerdeki baz dizilerinin belirlenmesine yaptığı katkılarla Nobel Kimya Ödülü'ne layık görülmüş, bu ödülü aynı kategoride iki kez alan tek bilim insanı olmuştur. 2013 yılında 95 yaşında vefat eden Sanger'ın adıyla anılan genetik dizileme tekniği, günümüzde hâlâ kullanılmaktadır. 1977'de geliştirdiği bu yöntem, PCR sonuçlarının doğrulanması, filogenetik analiz, epidemiyolojik çalışmalar ve adli araştırmalar gibi çeşitli alanlarda genetik veri sağlamada önemli bir rol oynamaktadır.

"Yaşamın, kimyasal haritasını çıkaran adam" olarak anılmıştır.

Next-generation sequencing (NGS) teknolojilerine göre nispeten yavaş olmasına rağmen, Sanger dizileme yöntemi, esnek uygulama imkanları ve yüksek doğruluk oranıyla birçok araştırmada hala tercih edilen bir tekniktir.

Sanger Metodu

Frederick Sanger, DNA dizileme yöntemini geliştirmek için, özellikle DNA'nın yapısını anlamaya yönelik çalışmalar yapmıştır. 1977'de, DNA dizilerini belirlemek için 'dideoxy' veya 'zincir-sonlandırma' yöntemini tanıttı. Bu teknik, DNA'nın kopyalanması sırasında zincirin sonlandırılmasını sağlayarak, DNA'nın kısa parçalarını sıralayabilmek için tasarlandı. Bu yöntem, DNA polimeraz enzimini ve dört tip bazın (adenin, timin, sitozin ve guanin) yanı sıra her bir bazın bir dideoxy versiyonunu içerir. Dideoxy bazları bir zincirin büyümesini durdurur, böylece DNA'nın farklı uzunluktaki parçalarını üretir ve bu parçalar elektroforez yoluyla ayrılır ve dizilebilir hale getirilir. Bu teknoloji, daha sonra İnsan Genom Projesi'nde ve diğer birçok genomik çalışmada kullanılmıştır.

Sanger metodunun, DNA dizisini belirleme sürecini 7 adımda özetleyebiliriz:

1. Çift sarmallı DNA (dsDNA) parçası, iki tek sarmallı DNA (ssDNA) parçasına ayrılır.
2. ssDNA parçası milyonlarca kopyaya çoğaltılır.
3. Parçanın bir ucuna karşılık gelen bir başlangıç parçası (primer) eklenir.
4. Parçalar dört polimeraz çözeltisine eklenir. Her çözelti dört tür baz içerir, ancak yalnızca bir tür sonlandırma nükleotidini içerir.
5. Zincir, rastgele bir sonlandırma nükleotidi eklenene kadar büyümeye devam eder.
6. Elde edilen çift sarmallı DNA parçaları, çeşitli uzunluklarda tek sarmallı DNA serileri elde etmek için ayrıştırılır.
7. Parçalar elektroforez ile ayrılır ve dizi okunur.

Bu özetlemeye ek olarak, genellikle bu yöntemde kullanılan her bir sonlandırma nükleotidi farklı bir floresan etiketle işaretlenir ve bu etiketlerin elektroforez işleminden sonra bir lazer detektörü tarafından okunarak otomatik bir DNA dizileme cihazında belirlenen sıra tespit edilir.

Daha Öncesi: Sanger, İnsülini Nasıl Diziledi?

Frederick Sanger, insülinin amino asit dizilimini belirlemek için, protein moleküllerini parçalara ayırmak ve her parçanın içerdiği amino asitleri sırayla tespit etmek için yeni yöntemler geliştirdi. Özellikle, proteinleri daha küçük parçalara bölen ve bu parçaların uçlarında bulunan amino asitleri belirleyen kimyasal yöntemler kullandı. İnsülin molekülünü parçalara ayırarak ve bu parçaların her birinin kimyasal yapısını analiz ederek, Sanger, bu parçaların sırasını ve dolayısıyla insülinin tam amino asit dizilimini çıkarmayı başardı. Bu çalışması, 1958 yılında kendisine Nobel Kimya Ödülü'nü kazandırdı ve protein dizileme çalışmalarının temelini oluşturdu. Bu yöntem, daha sonraki yıllarda DNA dizileme tekniklerinin geliştirilmesine öncülük etmiştir.

Nobel'den Bahçeye: Frederick Sanger'in Alçakgönüllü Yolculuğu

1992 yılında Wellcome Trust ve Tıbbi Araştırma Konseyi tarafından, Sanger'in evine yakın bir konumda, Hinxton'da Sanger Merkezi kurulmuştur. Merkezin adının Sanger olarak belirlenmesine izin verirken, John Sulston'a işlerinin mükemmel olması gerektiği konusunda nezaketle uyarıda bulunmuştur. Şövalyelik unvanını, "Sir" olarak anılmayı istemediği için reddeden Sanger, bunun yerine Liyakat Nişanı'nı kabul etmiştir.

Bilim dünyasındaki mütevazı duruşuyla bilinen Sanger, kendi araştırmalarını kaydettiği 35 laboratuvar defterinin arşivlenmesi ve korunması için sağlanan desteği de alçakgönüllülükle kabul etmiştir. Emekliliğinde Cambridgeshire'daki evinde bahçe işleriyle meşgul olan Sanger, bilimsel katkılarının yanı sıra kişisel karakterinin de derinliğini yansıtan davranışlar sergilemiştir.

Akademik yaşamı boyunca bilimsel bir dahi olarak kalmış ve öğrencilerine ile meslektaşlarına ilham kaynağı olmuş Sanger, araştırmaların pratik uygulamalarının yanı sıra temel bilimlerin anlaşılması ve geliştirilmesinin de büyük önem taşıdığını savunmuştur. Sanger'ın yaşam öyküsü, bilimsel merak, özveri ve mütevazılığın karmaşık bir dokusunu sergiler. Çalışmaları, genetik ve moleküler biyoloji alanlarında hâlâ kullanılan temel tekniklerin geliştirilmesine öncülük etmiştir.

*

Aşağıda, Kanserde Genetik Çalışmaların Özet Tarihi görülebilir: