42 שנה לאחת מפריצות הדרך של הביולוגיה – השיטה לקביעת רצף ה-DNA. את השיטה פיתח פרדריק סנגר, אחד מגדולי המדענים במאה ה-20 והאדם היחיד שזכה פעמיים בפרס נובל בכימיה

הביוכימאי האנגלי פרדריק סנגר (Sanger) נחשב לאבי הביוכימיה המודרנית והגנטיקה המולקולרית. הוא זכה פעמיים בפרס נובל בכימיה: ב-1958 על פיתוח שיטה לקביעת סדר חומצות האמינו (אבני הבניין של החלבונים) בחלבון ויישומה על אינסולין, וב-1980 על פיתוח שיטה לקביעת רצף נוקלאוטידים (אבני הבניין של חומצות הגרעין) בגדיל DNA.

לא עשה חשבון

סנגר, שנולד ב-13 באוגוסט 1918 בכפר קטן במחוז גלוסטרשייר, קיבל את אהבתו למדע מאביו הרופא. הוא נרשם לאוניברסיטת קיימברידג' ללימודי כימיה ופיזיקה, אולם התקשה בלימודים בגלל הרקע הדל שלו במתמטיקה. המפנה שהזניק אותו קדימה היה כשלקח קורס בחירה בפיזיולוגיה, ואחריו המשיך לקורס בתחום שהיה אז בחיתוליו: ביוכימיה. כאן הוא כבר הצטיין והמשיך לדוקטורט בתחום. בעבודת הדוקטורט, שביצע בהנחיית הביוכימאי אלברט נויברגר (Neuberger), הוא חקר את תהליכי הייצור והפירוק של חומצת האמינו ליזין.

בסיום הדוקטורט הצטרף סנגר לקבוצת המחקר של צ'רלס צ'יבנאל (Chibnall), שחקר אז את האינסולין. צ'יבנאל הציע לו לנסות לקבוע את הרכב חומצות האמינו והסדר שלהן בחלבון הזה – מהלך מפתיע, כיוון שעד אז חשבו שהסדר שלהן  אקראי לחלוטין, ולכן אי אפשר לקבוע אותו, וגם לא צריך. הגישה השלטת גרסה שחלבונים נוצרים באקראי, הם אינם אחידים ואי אפשר לסנתז אותם.

במהלך עבודתו פיתח סנגר מגיב (ריאגנט) ייחודי ששבר את מולקולת החלבון במקומות שונים וכך אִפשר לו לקבוע בצורה מדויקת את סדר חומצות האמינו באינסולין. כיום המגיב הזה קרוי על שמו. ממצאיו פורסמו בכמה מאמרים, שכל אחד מהם תיאר חלק אחר של חלבון האינסולין ואת הקשר שלו לחלקים האחרים. ההישג הזה זיכר אותו בפרס נובל בכימיה לשנת 1958 על "עבודתו בתחום של מבני חלבונים, ובמיוחד אינסולין".

תוצאותיו של סנגר היו מהפכניות, מפני שהוא הוכיח לראשונה כי לכל חלבון יש מבנה ייחודי שחיוני לתפקידו. תובנותיו פתחו דלת לאינספור שאלות נוספות, כגון איך המבנה של החלבון משפיע על תפקודו, איך חלבונים נוצרים ועוד.

​תובנות מרחיקות לכת שסללו את הדרך לשאלות מדעיות רבות ופורצות דרך. סנגר במעבדה | מקור: Science Photo Library
תובנות מרחיקות לכת שסללו את הדרך לשאלות מדעיות רבות ופורצות דרך. סנגר במעבדה | מקור: Science Photo Library

בחזרה לבסיס

בשנת 1962 עבר סנגר למועצה למחקר רפואי (MRC) – מכון מחקר חדש שפתח באוקפורד מעבדות חדשות לביולוגיה מולקולרית וגייס אליו כמה מדענים בולטים, כגון פרנסיס קריק, שהיה שותף לפענוח מבנה ה-DNA. סנגר התמנה לראש היחידה לחקר חלבונים, אך מהר מאוד עבר להתמקד בחקר חומצות גרעין – RNA ו-DNA.

בתחילה היא פעל לפתח שיטות לקביעת רצף של RNA, אולם קבוצות אחרות הקדימו אותו בזה. משם הוא עבר ללמוד את מבנה מולקולת ה-DNA. השיטה הראשונה שפיתח, שיטת "פלוס ומינוס", אפשרה לו לקבוע את סדר הנוקלאוטידים בגדיל ה-DNA באמצעות שימוש באנזים המייצר את הגדיל (פולימראז) ונוקלאוטידים המסומנים בחומר רדיואקטיבי, וכך לקבוע לראשונה את קצף הבסיסים ב-DNA.

בשנת 1977 השתמשה קבוצת המחקר שלו בשיטה הזאת כדי לקבוע את רצף הגנום של הנגיף ΦX174 – הגנום הראשון שאי פעם רוצף. ב-1 בדצמבר אותה שנה, פרסם עם עמיתיו את המאמר פורץ הדרך על קביעת רצף ה-DNA. בהמשך שיכלל סנגר את השיטה למה שמוכר כיום כשיטת סנגר, שמאפשרת לרצף מקטעים גדולים של DNA. באמצעותה זיהו הוא ועמיתיו את רצף בסיסי ה-DNA המיטוכונדרי בתאי אדם. בזכות הישגיו אלה זכה סנגר בפרס נובל לכימיה בפעם השנייה על "תרומתו לקביעת רצף הבסיסים בחומצות גרעין". השיטה הזו שימשה בפרויקט הגנום האנושי, וגירסאות מתקדמות שלה נמצאות בשימוש עד היום.

סנגר פרש לגמלאות ב-1983. במשך השנים זכה בעיטורים רבים, אך סירב לקבל תואר אבירות מהמלכה כיוון שלא רצה להוסיף את התואר "סר" לשמו. חבריו מספרים כי תמיד נשאר אדם צנוע, שהעדיף להיזכר בשל תשוקתו למדע ולגילויים חדשים.