弗雷德裡克·桑格(圖)|蛋白質|序列|諾貝爾化學獎_網易新聞

2021-01-20 網易新聞

弗雷德裡克·桑格1918.8.13-2013.11.19生於英國格洛斯特郡

  弗雷德裡克·桑格(Frederick Sanger),英國生物化學家,兩屆

諾貝爾化學獎

獲得者,也是科學史上第四位兩度獲諾貝爾獎之人。桑格還有一個更閃亮的名號—人類「基因學之父」。1958年,因完整定序胰島素內的胺基酸

序列

,且證明

蛋白質

具有明確構造,桑格獲得首個諾貝爾化學獎;1970年代,桑格又提出了快速測定脫氧核糖核酸(DNA)序列的 「雙脫氧鏈終止法」,除了對生物技術藥物的發展至關重要,也為之後的科學家解碼人體所有基因提供了最基本的解讀工具。11月19日,桑格在英國劍橋郡阿登布魯克醫院離世,享年95歲。

  和他極高的知名度「不相稱」的是,桑格在第一次獲得諾獎後,仍將大半生花在實驗室裡躬身勞作,似乎從來沒想過將研究任務分配給那些年紀尚輕、經驗尚淺的初級研究者。桑格說自己並不擅長想出一些實驗來讓別人來做,而在組織與教學方面,自己也似乎天資匱乏,「我在職位上或多或少在做自己喜歡的事,那便是做研究。」

  桑格1918年8月13日出生於英國格洛斯特郡,其父為內科醫師。桑格自認父親對自己影響巨大,「父親一生都精力充沛,生氣勃勃。」桑格本預期會跟隨父親的步伐邁入醫學界,但從布萊恩斯滕高中畢業進入劍橋大學學習生物化學後,桑格轉而決定成為一名科學家。「我感覺自己對這方面會更感興趣,我也更樂於攻克一個個實在的難題。」

  1939年,桑格從劍橋大學獲得自然科學學士學位。作為一名基督教新派貴格會的信徒,桑格基於宗教理由拒絕在二戰中服兵役,從而得以繼續求學。1943年,桑格從劍橋收穫博士學位。不過,桑格後來又變成一個不可知論者,推翻了自己此前對宗教的篤定與熱忱。他說自己找不到真憑實據來支撐宗教信仰。「在科學領域中,科學家一旦碰到『真理』之類的問題,總得小心再小心。」桑格說,「因為你研究的是真理,便必須想盡一切辦法去求證它。但我發現任何事情但凡與宗教扯上關聯,便很難讓人完全相信。」

  桑格此後便一直呆在劍橋從事蛋白質的研究。桑格開始研究蛋白質時,科學界已對蛋白質有了基本認識:作為人類生命的基礎,蛋白質由22種胺基酸按不同比例組合而成,機體中的每一個細胞和所有重要組成部分都有蛋白質參與,但科學家當時並不能清楚定位胺基酸在蛋白質「鏈條」中的具體序列。

  桑格其後決定研究一種能有效治療糖尿病的蛋白質—胰島素。這個選擇最終帶來「幸運」的測定結果:作為一種由51個胺基酸組成兩條肽鏈,再由它們盤曲形成三維結構的蛋白質,胰島素自身有相對簡單卻明確的構造和序列。這個貌似「簡單」的結果,也花了桑格足足十年時間去解密。

  桑格將自己當時的研究方法稱作「拼圖法」。他利用自己新發現的桑格試劑(2,4-二硝基氟苯)將胰島素降解成小片段,並將其與專門水解蛋白質的胰蛋白酶混合在一起,再將一部分混合物樣本放置於濾紙,並利用「色層分析方法」與電流做進一步實驗。由於不同的蛋白質片段有不同的溶解度與電荷,電泳後的片段最後會各自停留在不同位置並產生特定圖案—「指紋」,不同蛋白質擁有的不同「指紋」便成為其可供辨識和重現的特徵。桑格其後又將這些小片段重新組合成胺基酸長鏈,進而推導出完整的胰島素結構。桑格最終得出的結論認定胰島素具有特定的胺基酸序列。在1954年將這項研究成果發表後,桑格時隔四年便獲得了諾獎,科學家們也紛紛借用這種方法來確認其他蛋白質的序列。

  1962年,桑格轉至英國醫學研究委員會分子生物學實驗室工作,圍繞在他身邊的科學家多是DNA研究的集大成者。科學家們都知道DNA和蛋白質一樣有鏈狀結構,他們的挑戰在於,如何才能確定DNA的四種組成單位—腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶在DNA中的具體序列。這些組成單位通常以A、T、G、C四個化學「字母」代替表示,而正是這四個字母,拼湊出了生物體的基因組字母表以及所有生物的遺傳學密碼。

  桑格很快發現「拼圖法」在面對信息量龐大的DNA時毫無用武之地,好在,桑格後來發明了效益更明顯且能一次性解讀500至800個A、T、G、C字母的「雙脫氧鏈終止法」(也稱「桑格法」)來測定序列,瞬時將科學家研究DNA序列的速度提高了上千倍。

  1977年,桑格利用此技術成功完成對-X174噬菌體的基因組序列的測定,並發現其由5000餘個A、T、G、C字母組成。這是人類首次完成完整的基因組定序工作。因為「雙脫氧鏈終止法」同樣適合在計算機上使用,這種方法也讓桑格之後的科學家得以解開更為複雜的基因組,且區分出正常與非正常基因。

  憑藉此項成就,桑格於1980年再度獲得諾貝爾化學獎,人類「基因學之父」的名號也自此掛在了他頭上。桑格的合作者保羅·伯格以及另一研究團隊的沃特·吉爾伯特同在獲獎之列。伯格在把遺傳物質自一個生物體轉移至另一個生物體時,做出了至關重要的貢獻;吉爾伯特雖獨立於桑格的研究之外,卻也發明了另一種測定DNA序列的方法。只不過「雙脫氧鏈終止法」因操作起來更簡單,而成為DNA研究裡佔優勢與支配地位的方法。

  第二座諾貝爾獎也使桑格成為瑪莉·居裡(1902年物理、1911年化學),萊納斯·鮑林(1954年化學、1962年和平),約翰·巴丁(1956年 、1972年物理)之後第四位兩度獲得諾貝爾獎,且唯一兩次獲得化學獎的學者。在2001年受訪時,桑格難得說起自己之前遭遇的挑戰,「第一個獎比第二個獎難拿多了。」桑格笑說,「因為你一旦獲得了一次諾獎的認可,舒心的工作設備、投契的合作夥伴便會紛至沓來,再難的研究工作似乎也變得不那麼艱巨了。」

  在英國醫學研究委員會分子生物學實驗室接連奮鬥20餘年,桑格1983年才從研究之路上退下來。有趣的是,在1986年獲頒英國最高榮譽「功績勳章」時,孩子氣十足的桑格卻拒絕被封爵,只因不喜歡別人稱自己為「老爺」。 文/廖陽

本文來源:東方早報 責任編輯: 王曉易_NE0011

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