Frédéric Sanger

Frédéric Sanger

Frederick Sanger OM , CH , CBE (né le 13 août 1918 à Rendcomb , Gloucestershire , 19 novembre 2013 à Cambridge , Cambridgeshire ) était un biochimiste britannique .

Il a été l'une des rares personnes à avoir reçu deux fois le prix Nobel : en 1958, Sanger a reçu le prix Nobel de chimie (en tant qu'unique lauréat) pour l'élucidation de la structure de l' insuline et ses travaux sur le séquençage des protéines . En 1980, il reçut à nouveau le prix Nobel de chimie (avec Paul Berg , né en 1926, et Walter Gilbert , né en 1932), cette fois pour des recherches sur la détermination de la séquence de bases dans les acides nucléiques .

La vie

L'école et l'étude

Frederick Sanger est né comme le deuxième fils du docteur Dr. Frederick Sanger senior (1876-1937) et Cicely Sanger (1880-1938) sont nés à Rendscomb. Influencé par son père et son frère d'un an, Théodore, Sanger a développé très tôt un intérêt pour les sciences naturelles . Après avoir terminé ses études à la Bryanston School et, à partir de 1936, au St John's College de Cambridge , il voulait à l'origine étudier la médecine, mais s'est ensuite tourné vers la biochimie , car en tant que scientifique, contrairement à la profession médicale, il pouvait se concentrer davantage sur un sujet et ainsi peut-être faire plus. Alors Sanger a commencé à étudier la biochimie au département de biochimie de Cambridge.

En 1939, Sanger a obtenu son baccalauréat ès arts . Comme il venait d'une Quaker famille, il a refusé le service militaire pour des raisons de conscience et a continué à travailler sur sa thèse de doctorat au cours de la Seconde Guerre mondiale , qu'il faisait dans le même institut sous la direction de A. Neuberger sur le métabolisme de la acide aminé lysine . En 1943, il obtient son doctorat .

Activité de recherche

Le travail de Sanger a été soutenu par une subvention de la Beit Memorial Fellowship for Medical Research de 1944 à 1951 . En 1951, il est devenu un employé externe du Medical Research Council (MRC).

L'année de son doctorat , Albert Chibnall succéda à Frederick Gowland Hopkins en tant que directeur de la biochimie à Cambridge, et Sanger devint membre du groupe de recherche de Chibnall. L'intérêt principal du groupe était la chimie des protéines, en particulier celle de l' insuline . En 1945, Sanger a finalement développé une méthode pour déterminer la séquence d'acides aminés , à l'aide de laquelle il a complètement déterminé la séquence d' insuline sur une période de douze ans. En 1955, la séquence de 51 acides aminés disposés en chaîne dans l'insuline a été publiée, pour laquelle Sanger a reçu le prix Nobel de chimie en 1958 .

En conséquence, Sanger est resté à Cambridge et est devenu en 1962 chef du département de chimie des protéines au Laboratoire de biologie moléculaire (LMB). Cet institut a été construit en 1962 en tant que nouveau complexe de laboratoires après que le Medical Research Council eut créé un groupe à Cambridge en 1947 pour « étudier la structure moléculaire des systèmes biologiques ». Bien que Sanger n'ait pas été particulièrement intéressé par les acides nucléiques jusque-là , à travers des discussions avec des scientifiques tels que Francis Crick et Sydney Brenner, il a reconnu la nécessité de déterminer également la séquence de cet autre biopolymère . Dans les années suivantes, Sanger se consacre donc au développement d'une autre méthode de séquençage, qui aboutira finalement à la « chain terminaison method » en 1975 . En 1977, le séquençage de l'ADN basé sur le génome complètement déchiffré d'un bactériophage a été présenté pour la première fois au monde. En 1980, Sanger a reçu le prix Nobel de chimie pour la deuxième fois pour ses contributions au séquençage des acides nucléiques.

En 1983, Frederick Sanger a pris sa retraite. Plus récemment, il s'est consacré à ses loisirs avec sa femme Margaret Joan : le jardinage et la voile. Ils ont trois enfants de leur mariage. Frederick Sanger est décédé le 19 novembre 2013 à Cambridge.

Récompenses

plante

Méthode de détermination de la séquence d'acides aminés

Détermination du groupe terminal selon Sanger : Une dérivatisation du N- terminal avec du 2,4-dinitro-1-fluorobenzène (DNFB), B hydrolyse acide totale du peptide dinitrophényle en un dérivé dinitrophényle de l' acide aminé N- terminal et le reste acides aminés
Principe de détermination de séquence avec la méthode de Sanger

La méthode de Sanger pour déterminer la séquence d'acides aminés est née pendant son temps en tant que membre du groupe de recherche d'Albert Chibnall à Cambridge. Dans les années 1940, la chimie des protéines a connu une révolution avec le développement de méthodes de séparation chromatographique efficaces pour les protéines , les peptides et les acides aminés . Sanger voulait maintenant déterminer l'ordre des acides aminés dans une protéine ( séquence d'acides aminés ). Pour ce faire, il a d'abord démantelé la chaîne protéique en petits fragments peptidiques, puis les a isolés à l'aide des nouvelles méthodes. Pour marquer et identifier plus tard l'acide aminé terminal, Sanger a converti les peptides fragmentés avec du 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène . Les peptides dérivés à l' extrémité N ont été complètement clivés en leurs acides aminés, dont les quantités relatives ont ensuite été déterminées quantitativement. L'identité de l'acide aminé terminal a pu être déterminée par analyse chromatographique du dérivé de dinitrophényle (DNP) coloré. Dans cette opération, deux informations ont été obtenues : 1. l'identité du premier acide aminé de la chaîne et 2. la nature des autres acides aminés de la chaîne (mais pas leur position). En répétant la procédure plusieurs fois, des conclusions peuvent enfin être tirées sur la séquence d'origine. La figure illustre le principe de la méthode de séquençage sur un petit peptide.

En douze ans de travail, Sanger a réussi à déterminer la séquence complète de l'insuline. Pour aggraver les choses, l'insuline est une protéine constituée de deux chaînes polypeptidiques liées par des ponts disulfure . La disposition de ces ponts devait également être déterminée. En 1955, la séquence complète de l'insuline a été publiée. Cela a prouvé pour la première fois que les protéines ont une structure chimique unique. Les hypothèses antérieures pourraient maintenant être définitivement rejetées, comme celle selon laquelle les protéines ont une composition définie en acides aminés, mais avec une séquence aléatoire, ou que les protéines sont même des agrégats d'unités similaires plus petites. En 1958, Sanger a reçu le prix Nobel de chimie pour ce travail .

La méthode de séquençage de Sanger a ensuite été remplacée par la dégradation de l'isothiocyanate de phényle développée par le biochimiste suédois Pehr Edman . Le principal avantage de la méthode d'Edman était que les acides aminés pouvaient être décomposés et identifiés successivement à partir de l' extrémité N. Le peptide restant, raccourci d'un acide aminé, pourrait alors être soumis à un autre cycle de dégradation et la séquence pourrait être déterminée relativement rapidement.

Méthode de séquençage d'acides nucléiques

La méthode de Sanger pour le séquençage des acides nucléiques est née à l'époque où il dirigeait le département de chimie des protéines au Laboratoire de biologie moléculaire (LMB) de Cambridge. Elle est née de la nécessité de déterminer la séquence des bases nucléiques .

Pour atteindre cet objectif, Sanger a d'abord développé une méthode de séquençage des acides ribonucléiques (ARN), qu'il a ensuite appliquée à l'acide désoxyribonucléique (ADN). Cependant, cette méthode était très lente et ne permettait de déterminer que de courtes sections de séquences. Au cours des années suivantes, il développa une nouvelle méthode qui allait devenir la base de la méthode actuelle de séquençage de l'ADN , la méthode dite didésoxy. Cette technique utilise les propriétés suivantes de l'ADN :

  1. L'ADN est une molécule double brin , un peu comme une échelle de corde sinueuse. Les barreaux de l'échelle forment des paires de nucléobases ( adénine , guanine , thymine et cytosine ), dont il n'existe que deux combinaisons : l'adénine est opposée à la thymine, la cytosine est appariée à la guanine.
  2. Si les deux simples brins sont séparés, le brin complémentaire peut être synthétisé à l'aide d'une ADN polymérase . Cependant, vous avez besoin d'un petit morceau complémentaire d'ADN ( amorce ) qui est lié au simple brin et prolongé par la polymérase selon les instructions du brin opposé (brin modèle).

Le morceau d'ADN synthétisé a donc un point de départ défini. Les produits de synthèse, cependant, peuvent avoir des longueurs différentes ; la longueur dépend du nombre de nucléotides libres disponibles pour la synthèse ou si la polymérase tombe accidentellement du brin matrice.

Principe du séquençage de l'ADN selon la méthode didésoxy.
dNTP est l'abréviation générale d'un nucléoside triphosphate et peut signifier dATP, dCTP, dGTP ou dTTP. Les ddNTP sont les variantes didésoxy correspondantes des dNTP. L'incorporation d'un ddNTP conduit à l'arrêt de la réaction de polymérisation. Les points bleus à l'extrémité 5' de l'amorce représentent un marquage (par exemple un groupe fluorescent) au moyen duquel les produits de synthèse peuvent ensuite être rendus visibles dans le gel. En variante, des nucléosides triphosphates radiomarqués peuvent également être utilisés pour la réaction de polymérisation.

L'astuce de Sanger est maintenant d'effectuer la réaction de polymérisation en quatre approches distinctes, et de s'assurer que chaque brin a le même départ (qui est donné par l'amorce) et que la réaction d'extension - bien qu'à des points différents - se produise toujours sur un certain type de base devrait se terminer. Pour ce faire, chaque mélange réactionnel contient les quatre monomères nucléotidiques ainsi que le variant didésoxy d'un type nucléotidique. L'extension de chaîne se poursuit jusqu'à ce qu'un didésoxy nucléotide soit finalement incorporé à un moment donné. Cela signifie que le groupe 3'-OH pour la formation de la liaison phosphodiester au prochain maillon de chaîne est manquant et la synthèse s'arrête ici. En définissant le point de départ, la longueur des fragments de synthèse dans un mélange réactionnel reflète la position relative du type de base nucléique respectif dans la molécule. Si l'on utilise des nucléotides radioactifs (ou autrement marqués) pour la réaction et sépare les quatre approches les unes à côté des autres en fonction de leur taille dans un gel d' acrylamide , la séquence de bases peut être lue directement à partir du gel. La figure de droite illustre le principe du séquençage didésoxy.

En 1977, Sanger et ses collaborateurs ont présenté la séquence complète du bactériophage X174 de 5 386 paires de bases. La séquence d'acides aminés des dix protéines virales pouvait être lue directement à partir de la séquence de ce virus bactérien, puisque le code génétique , qui indique quelle séquence de trois nucléobases ( triplet de base ) code pour quel acide aminé dans une protéine, était connu grâce à des travail dans les années 1960. En 1980, Sanger a reçu le prix Nobel pour la deuxième fois pour ses contributions au séquençage des acides nucléiques.

L'importance des travaux de Sanger pour le génie génétique et le projet génome

Au début des années 1970, des méthodes de clonage ont été développées avec lesquelles des morceaux d'ADN de toute origine peuvent être reproduits dans des bactéries afin que suffisamment de matériel soit disponible pour le séquençage. Cela a ouvert la possibilité de séquencer l'ensemble de l'information génétique d'un organisme, le génome , et ainsi de dériver indirectement les séquences de toutes les protéines qui peuvent théoriquement être synthétisées par cet organisme. Avec Stanley Norman Cohen et Paul Berg , les inventeurs de la technique du clonage recombinant, Frederick Sanger peut donc être décrit comme le père du génie génétique et du projet du génome.

Devis

« Des trois principales activités impliquées dans la recherche scientifique, penser, parler et faire, je préfère de loin la dernière et probablement la meilleure. Je suis d'accord pour penser, mais pas très bon pour parler. »

« Auparavant, je n'avais pas eu beaucoup d'intérêt pour les acides nucléiques. J'avais l'habitude d'assister aux conférences Gordon sur les protéines et les acides nucléiques lorsque les deux sujets étaient mis entre parenthèses, et j'assistais aux discussions sur les acides nucléiques en attendant de revenir aux protéines. Cependant, avec des gens comme Francis Crick, il était difficile d'ignorer les acides nucléiques ou de ne pas réaliser l'importance de les séquencer. »

« Contrairement à de nombreux scientifiques, j'ai décidé de prendre ma retraite et d'abandonner la recherche à l'âge de 65 ans. Cela a surpris mes collègues, et dans une certaine mesure moi aussi. Je n'avais pas pensé à la retraite jusqu'à ce que je réalise soudainement que dans quelques années j'aurais 65 ans et que j'aurais le droit d'arrêter de travailler et de faire certaines des choses que j'avais toujours voulu faire et pour lesquelles je n'avais jamais eu le temps. La possibilité semblait étonnamment attrayante, d'autant plus que notre travail avait atteint un point culminant avec la méthode de séquençage de l'ADN et je sentais plutôt que continuer serait quelque chose d'un anticlimax. »

des usines

uvres originales importantes :

Pour le séquençage des protéines
  • F. Sanger : Les groupes d'amino libres d'insuline. Dans : Journal biochimique . Volume 39, n° 5, 1945, pp. 507-515 ; PMID 16747948 ; PMC 1258275 (texte intégral gratuit).
  • F. Sanger : Les peptides terminaux de l'insuline. Dans : Journal biochimique. Volume 45, 1949, pp. 563-574; PMID 15396627 ; PMC 1275055 (texte intégral gratuit).
  • AP Ryle, F. Sanger, R. Kitai : Les liaisons disulfure de l'insuline. Dans : Journal biochimique. Volume 60, 1955, pp. 541-556; PMID 13249947 ; PMC 1216151 (texte intégral gratuit).
Pour le séquençage de l'ADN
  • F. Sanger, S. Nicklen, AR Coulson : séquençage d'ADN avec des inhibiteurs de terminaison de chaîne. Dans : Actes de l'Académie nationale des sciences . Volume 74, 1977, pages 5463-5467; PMID 271968 ; PMC 431765 (texte intégral gratuit).
  • F. Sanger, GM Air, BG Barrell, NL Brown, AR Coulson, CA Fiddes, CA Hutchison, PM Slocombe, M. Smith : séquence nucléotidique de l'ADN du bactériophage phi X174. Dans : Nature . Volume 265, 1977, pp. 687-695; PMID 870828 .
Autobiographique, article de synthèse

Littérature

liens web

Commons : Frederick Sanger  - Collection d'images, de vidéos et de fichiers audio

Preuve individuelle

  1. a b Alok Jha : le pionnier de l'ADN Frederick Sanger décède à l'âge de 95 ans ( anglais ) Dans : The Guardian . 20 novembre 2013. Archivé de l' original le 21 novembre 2013. Récupéré le 21 novembre 2013.
  2. ^ Académie bavaroise des sciences : membres correspondants . Dans : badw.de . Académie bavaroise des sciences. Archivé de l' original le 7 novembre 2011. Récupéré le 21 novembre 2013.
  3. Frederick Sanger : séquences, séquences et séquences . Dans : Frederick Sanger, Margaret Dowding (Eds.) : Documents sélectionnés de Frederick Sanger : Avec commentaires . World Scientific, Singapour / River Edge / Londres 1996, ISBN 981-02-2430-3 , pp. 635 (Introduction).
  4. Frederick Sanger : séquences, séquences et séquences . Dans : Frederick Sanger, Margaret Dowding (Eds.) : Documents sélectionnés de Frederick Sanger : Avec commentaires . World Scientific, Singapour / River Edge / Londres 1996, ISBN 981-02-2430-3 , pp. 648 .
  5. Frederick Sanger : séquences, séquences et séquences . Dans : Frederick Sanger, Margaret Dowding (Eds.) : Documents sélectionnés de Frederick Sanger : Avec commentaires . World Scientific, Singapour / River Edge / Londres 1996, ISBN 981-02-2430-3 , pp. 660 .