פרדריק סנגר
פרדריק סנגר (באנגלית: Frederick Sanger; 13 באוגוסט 1918 – 19 בנובמבר 2013) היה ביוכימאי בריטי שקיבל פעמיים את פרס נובל לכימיה.
הוא זכה בפרס לכימיה לשנת 1958 על קביעת רצף חומצות האמינו של האינסולין ושל חלבונים רבים אחרים, ובכך הדגים שלכל אחד מהם יש מבנה ייחודי ומוגדר; הייתה זו תגלית יסוד עבור הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית.
במעבדה לביולוגיה מולקולרית שנבנתה באותה עת בקיימברידג', הוא פיתח ולאחר מכן שכלל את טכניקת ריצוף ה-DNA הראשונה אי פעם, אשר הרחיבה משמעותית את מספר הניסויים האפשריים בביולוגיה מולקולרית ונותרה בשימוש נרחב עד היום. פריצת הדרך זיכתה אותו בפרס נובל לכימיה לשנת 1980, אותו חלק עם וולטר גילברט ופול ברג.
הוא אחד משלושה אנשים בלבד שזכו בפרסי נובל מרובים באותה קטגוריה (האחרים הם ג'ון ברדין בפיזיקה וקארל בארי שארפלס בכימיה), ואחד מחמישה אנשים עם שני פרסי נובל.
ראשית חייו וחינוכו
פרדריק סנגר נולד ב-13 באוגוסט 1918 ברנדקומב (Rendcomb), כפר קטן בגלוסטרשייר שבאנגליה, בן שני לפרדריק סנגר, רופא כללי, ולאשתו סיסלי סנגר (לבית קרודסון). הוא היה אחד משלושה ילדים. אחיו, תיאודור, היה מבוגר ממנו בשנה בלבד, בעוד אחותו מיי (מרי) הייתה צעירה ממנו בחמש שנים. אביו עבד כמיסיונר רפואי אנגליקני בסין אך חזר לאנגליה בשל בריאות לקויה. האב היה בן 40 בשנת 1916 כשנישא לסיסלי, שהייתה צעירה ממנו בארבע שנים. אביו של סנגר התגייר לקווייקריזם זמן קצר לאחר שנולדו שני בניו וגידל את הילדים כקווייקרים. אמו של סנגר הייתה בת ליצרן כותנה אמיד ובעלת רקע קווייקרי, אך לא הייתה קווייקרית בעצמה.
כשהיה סנגר בן חמש לערך, עברה המשפחה לכפר הקטן טנוורת'-אין-ארדן (Tanworth-in-Arden) שבוורויקשייר. המשפחה הייתה אמידה למדי והעסיקה אומנת כדי ללמד את הילדים. ב-1927, בגיל תשע, הוא נשלח לבית הספר דאונס (Downs School), פנימייה הכנה שנוהלה על ידי קווייקרים ליד מלוורן. אחיו תיאו היה שנה אחת לפניו באותו בית ספר. ב-1932, בגיל 14, הוא נשלח לבית הספר בריאנסטון (Bryanston School) שהוקם לא מכבר בדורסט. בית ספר זה השתמש בשיטת דלטון והיה בעל משטר ליברלי יותר שסנגר העדיף במידה רבה. בבית הספר הוא חיבב את מוריו ונהנה במיוחד ממקצועות מדעיים. סנגר, שהצליח להשלים את תעודת בית הספר שלו שנה מוקדם יותר, וקיבל עליה שבע נקודות זכות, היה יכול להקדיש את רוב שנת הלימודים האחרונה שלו להתנסות במעבדה לצד מורה הכימיה שלו, ג'פרי אורדיש, שלמד במקור באוניברסיטת קיימברידג' והיה חוקר במעבדת קוונדיש. העבודה עם אורדיש היוותה שינוי מרענן מהישיבה ומהלימוד בספרים ועוררה בסנגר את הרצון להמשיך בקריירה מדעית. בשנת 1935, לפני פנייתו לקולג', נשלח סנגר לבית הספר שלוס סאלם (Schule Schloss Salem) בדרום גרמניה במסגרת תוכנית חילופי סטודנטים. בית הספר שם דגש רב על אתלטיקה, מה שגרם לסנגר להיות מתקדם הרבה יותר בחומר הלימודים בהשוואה לשאר התלמידים. הוא נדהם ללמוד שכל יום התחיל בקריאות מתוך "מיין קאמפף" של היטלר, ואחריו הצדעה במועל יד (Sieg Heil).
בשנת 1936 הלך סנגר לקולג' סנט ג'ון (St John's College) בקיימברידג' כדי ללמוד מדעי הטבע. אביו למד באותו קולג'. עבור החלק הראשון של ה-Tripos שלו הוא לקח קורסים בפיזיקה, כימיה, ביוכימיה ומתמטיקה, אך התקשה בפיזיקה ובמתמטיקה. רבים מהסטודנטים האחרים למדו יותר מתמטיקה בבית הספר. בשנה השנייה הוא החליף את הפיזיקה בפיזיולוגיה. נדרשו לו שלוש שנים כדי להשלים את החלק הראשון. עבור החלק השני שלו הוא למד ביוכימיה וסיים בהצטיינות מהמחלקה הראשונה. ביוכימיה הייתה מחלקה חדשה יחסית שנוסדה על ידי גאולנד הופקינס עם מרצים נלהבים שכללו את מלקולם דיקסון, ג'וזף נידהם וארנסט בולדווין.
שני הוריו מתו מסרטן במהלך השנתיים הראשונות שלו בקיימברידג'. אביו היה בן 60 ואמו בת 58. כסטודנט לתואר ראשון, אמונותיו של סנגר הושפעו מאוד מהחינוך הקווייקרי שלו. הוא היה פציפיסט וחבר באיגוד הבטחת השלום (Peace Pledge Union). דרך מעורבותו בקבוצה נגד המלחמה של מדעני קיימברידג' הוא פגש את אשתו לעתיד, ג'ואן האו, שלמדה כלכלה בקולג' ניונהאם. הם יצאו בזמן שלמד למבחני החלק השני שלו ונישאו לאחר שסיים את לימודיו בדצמבר 1940. סנגר, למרות שגדל והושפע מהחינוך הדתי שלו, החל מאוחר יותר לאבד את הקשר לדרכיו הקווייקריות. הוא החל לראות את העולם דרך עדשה מדעית יותר, ועם צמיחת מחקריו ופיתוחו המדעי הוא התרחק לאט לאט מהאמונה שעליה גדל. הוא רחש כבוד לאמונה הדתית וציין כי לקח ממנה שני דברים: אמת וכבוד לכל צורות החיים. על פי חוק האימון הצבאי משנת 1939 הוא נרשם זמנית כסרבן מצפון, ושוב תחת חוק השירות הלאומי (כוחות מזוינים) משנת 1939, לפני שקיבל פטור ללא תנאי משירות צבאי על ידי בית דין. בינתיים הוא עבר הכשרה בעבודה סוציאלית במרכז הקווייקרי, ספייסלנדס (Spicelands) בדבון, ושירת בקצרה כסדרן בבית חולים.
סנגר החל ללמוד לדוקטורט באוקטובר 1940 תחת נ.ו. "ביל" פירי. הפרויקט שלו היה לבדוק האם ניתן להפיק חלבון אכיל מעשב. לאחר מעט יותר מחודש עזב פירי את המחלקה ואלברט נויברגר הפך למנחה שלו. סנגר שינה את פרויקט המחקר שלו כדי ללמוד את חילוף החומרים של ליזין ובעיה מעשית יותר הנוגעת לחנקן בתפוחי אדמה. לתזה שלו היה השם: "חילוף החומרים של חומצת האמינו ליזין בגוף בעלי חיים". הוא נבחן על ידי צ'ארלס הרינגטון ואלברט צ'ארלס צ'יבנל וקיבל את הדוקטורט שלו ב-1943.
מחקר וקריירה
### ריצוף אינסולין
נויברגר עבר למכון הלאומי למחקר רפואי בלונדון, אך סנגר נשאר בקיימברידג' וב-1943 הצטרף לקבוצה של צ'ארלס צ'יבנל, כימאי חלבונים שקיבל לא מכבר את הקתדרה במחלקה לביוכימיה. צ'יבנל כבר עשה עבודה מסוימת על הרכב חומצות האמינו של אינסולין בקר והציע לסנגר לבחון את קבוצות האמינו בחלבון. אינסולין ניתן היה לרכוש מרשת בתי המרקחת Boots והיה אחד החלבונים הבודדים שהיו זמינים בצורה טהורה. עד לזמן זה סנגר מימן את עצמו. בקבוצה של צ'יבנל הוא נתמך בתחילה על ידי המועצה למחקר רפואי ולאחר מכן מ-1944 עד 1951 על ידי מלגת בייט (Beit Memorial Fellowship) למחקר רפואי.
ההישג הראשון של סנגר היה קביעת רצף חומצות האמינו המלא של שתי שרשראות הפוליפפטיד של אינסולין בקר, A ו-B, ב-1952 ו-1951, בהתאמה. לפני כן, הייתה הנחה רווחת שחלבונים הם אמורפיים במידת מה. בקביעת רצפים אלו, הוכיח סנגר שלחלבונים יש הרכב כימי מוגדר.
כדי להגיע לנקודה זו, שכלל סנגר שיטת כרומטוגרפיה של חלוקה שפותחה לראשונה על ידי ריצ'רד לורנס מילינגטון סינג וארצ'ר ג'ון פורטר מרטין כדי לקבוע את הרכב חומצות האמינו בצמר. סנגר השתמש בריאגנט כימי 1-פלואורו-2,4-דיניטרובנזן (הידוע כיום גם כריאגנט של סנגר, פלואורודיניטרובנזן, FDNB או DNFB), שמקורו במחקר גז רעיל של ברנרד צ'ארלס סונדרס מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת קיימברידג'. הריאגנט של סנגר התגלה כיעיל בסימון קבוצת האמינו N-טרמינלית בקצה אחד של שרשרת הפוליפפטיד. לאחר מכן הוא הידרוליז חלקית את האינסולין לפפטידים קצרים, או עם חומצה הידרוכלורית או באמצעות אנזים כגון טריפסין. תערובת הפפטידים חולקה בשני ממדים על גבי גיליון נייר סינון, תחילה באמצעות אלקטרופורזה בממד אחד ולאחר מכן, בניצב לכך, באמצעות כרומטוגרפיה בממד השני. מקטעי הפפטידים השונים של האינסולין, שזוהו עם נינהידרין, נעו למיקומים שונים על הנייר, ויצרו דפוס מובהק שסנגר כינה "טביעות אצבע". הפפטיד מהקצה ה-N-טרמינלי יכול היה להיות מזוהה על ידי הצבע הצהוב שהוענק על ידי סימון ה-FDNB וזהות חומצת האמינו המסומנת בקצה הפפטיד נקבעה על ידי הידרוליזה חומצית מלאה וגילוי איזו דיניטרופניל-חומצת אמינו הייתה שם.
על ידי חזרה על סוג זה של הליך, סנגר הצליח לקבוע את הרצפים של הפפטידים הרבים שנוצרו בשיטות שונות עבור ההידרוליזה החלקית הראשונית. לאחר מכן ניתן היה להרכיב אותם לרצפים ארוכים יותר כדי להסיק את המבנה המלא של האינסולין. לבסוף, מכיוון ששרשראות A ו-B אינן פעילות פיזיולוגית ללא שלושת קשרי הדיסולפיד המקשרים (שניים בין-שרשרתיים, אחד תוך-שרשרתי ב-A), סנגר ועמיתיו קבעו את המיקומים שלהם ב-1955. המסקנה העיקרית של סנגר הייתה שלשתי שרשראות הפוליפפטיד של חלבון האינסולין יש רצפי חומצות אמינו מדויקים, ובהרחבה, שלכל חלבון יש רצף ייחודי. הישג זה הוא שזיכה אותו בפרס נובל הראשון שלו לכימיה בשנת 1958. תגלית זו הייתה מכריעה להשערת הרצף המאוחרת של פרנסיס קריק לפיתוח רעיונות על האופן שבו DNA מקודד לחלבונים.
### ריצוף RNA
משנת 1951 היה סנגר חבר בצוות החיצוני של המועצה למחקר רפואי וכאשר פתחו את המעבדה לביולוגיה מולקולרית ב-1962, הוא עבר מהמעבדות שלו במחלקה לביוכימיה של האוניברסיטה לקומה העליונה של הבניין החדש. הוא הפך לראש חטיבת כימיית החלבונים.
לפני מעברו, החל סנגר לחקור את האפשרות של ריצוף מולקולות RNA והחל לפתח שיטות להפרדת מקטעי ריבונוקלאוטידים שנוצרו עם נוקלאזות ספציפיות. הוא עשה עבודה זו תוך ניסיון לשכלל את טכניקות הריצוף שפיתח במהלך עבודתו על אינסולין.
האתגר המרכזי בעבודה היה מציאת פיסת RNA טהורה לריצוף. במהלך העבודה הוא גילה ב-1964, יחד עם קיילד מרקר, את הפורמיל-מתיונין tRNA שמתחיל את סינתזת החלבונים בחיידקים. הוא הובס במרוץ להיות הראשון לרצף מולקולת tRNA על ידי קבוצה בראשות רוברט הולי מאוניברסיטת קורנל, שפרסמה את רצף 77 הריבונוקלאוטידים של אלנין tRNA מ-Saccharomyces cerevisiae ב-1965. עד 1967 קבעה הקבוצה של סנגר את רצף הנוקלאוטידים של ה-RNA הריבוזומלי 5S מ-Escherichia coli, RNA קטן של 120 נוקלאוטידים.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →### ריצוף DNA
לאחר מכן פנה סנגר לריצוף DNA, מה שדרש גישה שונה לחלוטין. הוא בחן דרכים שונות להשתמש ב-DNA פולימראז I מ-E. coli כדי להעתיק DNA חד-גדילי. בשנת 1975, יחד עם אלן קולסון, הוא פרסם הליך ריצוף באמצעות DNA פולימראז עם נוקלאוטידים מסומנים רדיואקטיבית שהוא כינה טכניקת "פלוס ומינוס". זה כלל שתי שיטות קשורות זו לזו שיצרו אוליגונוקלאוטידים קצרים עם קצוות 3' מוגדרים. ניתן היה לחלק אותם על ידי אלקטרופורזה על ג'ל פוליאקרילאמיד ולהדמיה באמצעות אוטורדיוגרפיה. ההליך יכול היה לרצף עד 80 נוקלאוטידים במכה אחת והיה שיפור גדול על מה שהיה לפני כן, אך עדיין היה עמלני מאוד. עם זאת, הקבוצה שלו הצליחה לרצף את רוב 5,386 הנוקלאוטידים של הבקטריופאג' החד-גדילי φX174. זה היה הגנום מבוסס ה-DNA הראשון שרוצף במלואו. להפתעתם הם גילו שאזורי הקידוד של כמה מהגנים חופפים זה לזה.
בשנת 1977 הציגו סנגר ועמיתיו את שיטת סיום השרשרת "דידאוקסי" לריצוף מולקולות DNA, הידועה גם בשם "שיטת סנגר". זו הייתה פריצת דרך משמעותית ואפשרה לקטעי DNA ארוכים להיות מרוצפים במהירות ובדייקנות. זה זיכה אותו בפרס נובל השני שלו לכימיה ב-1980, אותו חלק עם וולטר גילברט ופול ברג. השיטה החדשה שימשה את סנגר ועמיתיו לריצוף DNA מיטוכונדריאלי אנושי (16,569 זוגות בסיסים) ובקטריופאג' λ (48,502 זוגות בסיסים). שיטת הדידאוקסי שימשה בסופו של דבר לריצוף הגנום האנושי כולו.
### סטודנטים לתארים מתקדמים
במהלך הקריירה שלו הנחה סנגר יותר מעשרה סטודנטים לדוקטורט, שניים מהם המשיכו לזכות גם בפרסי נובל. סטודנט המחקר הראשון שלו היה רודני פורטר שהצטרף לקבוצת המחקר ב-1947. פורטר חלק מאוחר יותר את פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 1972 עם ג'רלד אדלמן על עבודתו על המבנה הכימי של נוגדנים. אליזבת בלקברן למדה לדוקטורט במעבדה של סנגר בין השנים 1971 ל-1974. היא חלקה את פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 2009 עם קרול ו. גריידר וג'ק ו. שוסטאק על עבודתה על טלומרים ופעולת הטלומראז.
### הכלל של סנגר
> ... בכל פעם שאתה משיג פיתוח טכני שהוא פי שניים עד שלושה או יותר יעיל, מדויק, זול יותר, נפתחת מגוון שלם של ניסויים.
כלל זה אינו אמור להתבלבל עם הכלל של טרנס סנגר, הקשור לכלל של אויה.
### פרסים והוקרה
נכון לשנת 2015, סנגר הוא אחד משני האנשים היחידים שזכו בפרס נובל לכימיה פעמיים (האחר הוא קארל בארי שארפלס ב-2001 וב-2022), ואחד מחמישה חתני פרס נובל פעמיים בלבד: הארבעה האחרים היו מארי קירי (פיזיקה, 1903 וכימיה, 1911), לינוס פאולינג (כימיה, 1954 ושלום, 1962), ג'ון ברדין (פעמיים פיזיקה, 1956 ו-1972), וקארל בארי שארפלס (פעמיים כימיה, 2001 ו-2022).
- נבחר לעמית החברה המלכותית (FRS) בשנת 1954
- מפקד מסדר האימפריה הבריטית (CBE) – 1963
- חבר מסדר עמיתי הכבוד (CH) – כיבוד יום ההולדת 1981
- חבר מסדר ההצטיינות (OM) – 1986
- חבר מקביל באקדמיה האוסטרלית למדעים – 1982
- פרס קרן גיירדנר הבינלאומי – 1971
- פרס לואיזה גרוס הורוביץ של אוניברסיטת קולומביה – 1979
- פרס אלברט לסקר למחקר רפואי בסיסי – 1979
- פרס איגוד מתקני המשאבים הביומולקולריים – 1994
- פרס הלוח המוזהב של האקדמיה האמריקאית להישגים – 2000
- ציטוט לפרס פריצת דרך כימית מהחטיבה להיסטוריה של הכימיה של האגודה הכימית האמריקאית – 2016
מכון ולקאם טראסט סנגר (לשעבר מרכז סנגר) נקרא על שמו.
חיים אישיים
### נישואים ומשפחה
סנגר נישא למרגרט ג'ואן האו (שאין לבלבל בינה לבין מרגרט סנגר, החלוצה האמריקאית לבקרת ילודה) בשנת 1940. היא נפטרה ב-2012. נולדו להם שלושה ילדים – רובין, שנולד ב-1943, פיטר שנולד ב-1946 וסאלי ג'ואן שנולדה ב-1960. הוא אמר שאשתו "תרמה לעבודתו יותר מכל אחד אחר בכך שסיפקה בית שליו ומאושר".
### חיים מאוחרים
סנגר פרש לגמלאות בשנת 1983, בגיל 65, לביתו, "Far Leys", בסוופהאם בולבק (Swaffham Bulbeck) מחוץ לקיימברידג'.
בשנת 1992, קרן ולקאם (Wellcome Trust) והמועצה למחקר רפואי הקימו את מרכז סנגר (כיום מכון סנגר), שנקרא על שמו. המכון נמצא בקמפוס הגנום של קרן ולקאם ליד הינקסטון, במרחק של קילומטרים ספורים מביתו של סנגר. הוא הסכים שהמרכז ייקרא על שמו כשנתבקש על ידי ג'ון סולסטון, המנהל המייסד, אך הזהיר: "מוטב שזה יהיה טוב". הוא נפתח על ידי סנגר באופן אישי ב-4 באוקטובר 1993, עם צוות של פחות מ-50 איש, והמשיך לקחת תפקיד מוביל בריצוף הגנום האנושי. במכון היו כ-900 עובדים בשנת 2020 והוא אחד ממרכזי המחקר הגנומי הגדולים בעולם.
סנגר אמר שהוא לא מצא ראיות לאלוהים ולכן הפך לאגנוסטי. בראיון שפורסם בעיתון הטיימס בשנת 2000 צוטט סנגר אומר: "אבי היה קווייקר מחויב ואני גדלתי כקווייקר, ועבורם האמת חשובה מאוד. התרחקתי מהאמונות האלה – אדם מחפש מובן מאליו אחר האמת, אך דרושות לכך ראיות. גם אם הייתי רוצה להאמין באלוהים הייתי מוצא זאת קשה מאוד. הייתי צריך לראות הוכחות".
הוא דחה את ההצעה לתואר אבירות, שכן לא רצה שיפנו אליו כ-"סר". הוא צוטט כאומר: "תואר אבירות הופך אותך לשונה, נכון? ואני לא רוצה להיות שונה". בשנת 1986 הוא קיבל את הקבלה למסדר ההצטיינות, שיכולים להיות בו רק 24 חברים חיים.
בשנת 2007 קיבלה האגודה הביוכימית הבריטית מענק מקרן ולקאם כדי לקטלג ולשמר את 35 מחברות המעבדה שבהן תיעד סנגר את מחקרו משנת 1944 עד 1983. בדיווח על עניין זה, ציין כתב העת Science כי סנגר, "האדם הצנוע ביותר שניתן היה לפגוש", בילה את זמנו בגינון בביתו בקיימברידג'שייר.
סנגר מת בשנתו בבית החולים אדנברוקס בקיימברידג' ב-19 בנובמבר 2013. כפי שצוין בהספד שלו, הוא תיאר את עצמו כ-"סתם בחור שהתעסק במעבדה", ו-"לא מבריק מבחינה אקדמית".
מדיניות גלובלית
הוא היה אחד מהחותמים על ההסכם לכינוס ועידה לניסוח חוקה עולמית. כתוצאה מכך, לראשונה בהיסטוריה האנושית, התכנסה אסיפה מכוננת עולמית כדי לנסח ולאמץ חוקה לפדרציה של כדור הארץ.