Frederick Sanger Kimdir?

Frederick Sanger kimdir, Frederick Sanger biyografisi konulu biyografi içeriğimizde inceleyeceğimiz bilim insanı tam 2 kez Nobel ödülü kazandı. Bilim tarihinde eşsiz bir başarıya imza atarak iki kez Nobel Ödülü kazanan nadir bilim insanlarından biridir. İngiliz biyokimyager Sanger, 1958 yılında ilk Nobel Kimya Ödülü’nü insülin proteininin amino asit dizilimini belirleyerek, 1980 yılında ise ikinci Nobel Kimya Ödülü’nü DNA dizileme yöntemini (Sanger yöntemi) geliştirerek kazanmıştır. O, moleküler biyolojinin haritasını çıkaran, yaşamın iki temel dili olan proteinlerin ve DNA’nın şifresini okumayı mümkün kılan mütevazı ve sessiz bir dehadır. Bu yazıda, bu büyük bilim insanının sıradan görünen ama olağanüstü sonuçlar doğuran hayatını, kariyer yolculuğunu ve bilime bıraktığı eşsiz mirası detaylıca inceleyeceğiz.

Frederick Sanger Biyografisi

Frederick Sanger biyografisi şöyle devam ediyor: 13 Ağustos 1918’de İngiltere’nin Gloucestershire bölgesindeki Rendcomb kasabasında dünyaya geldi. Babası Frederick Sanger Sr., bir pratisyen hekimdi; annesi Cicely Sanger ise zengin bir pamuk üreticisi ailesinin kızıydı. Quaker (Dostlar Derneği) mezhebine mensup olan Sanger ailesi, sadelik, alçakgönüllülük ve barışçıllık gibi değerlere büyük önem veriyordu. Bu değerler, genç Frederick’in karakterinin şekillenmesinde belirleyici rol oynadı.

Sanger, çocukluk yıllarında oldukça içine kapanık ve utangaç bir çocuktu. Okulda dikkat çeken bir öğrenci değildi; hatta öğretmenleri onun için “vasat” yorumunu yapıyordu. Ancak onun güçlü yanı, derinlemesine odaklanma yeteneği ve sabrıydı. Bir problemi çözene kadar asla pes etmezdi. Babasının hekim olması, evde biyolojiye dair pek çok kitabın bulunmasını sağladı ve Sanger, erken yaşlarda canlıların yapısına ilgi duymaya başladı.

Sanger, lise eğitimini Malvern Koleji’nde tamamladı. Bu dönemde bilime olan ilgisi iyice pekişti. 1936 yılında, Cambridge Üniversitesi’ndeki St. John’s College’a kabul edildi. Başlangıçta babasının izinden giderek tıp okumayı düşünüyordu, ancak kısa sürede doğa bilimlerine, özellikle de biyokimyaya yöneldi. Onun için tıp “çok tanımlayıcı ve ezbere dayalıydı”; oysa biyokimya, yaşamın temelindeki moleküler mekanizmaları anlama fırsatı sunuyordu.

Frederick Sanger’in Eğitim Yılları

Sanger, 1939 yılında Cambridge Üniversitesi’nden biyokimya alanında lisans derecesiyle mezun oldu. Ancak mezuniyeti, II. Dünya Savaşı’nın patlak vermesiyle aynı zamana denk geldi. Quaker inancı nedeniyle savaşa katılmayı reddeden Sanger, vicdani retçi olarak kaydoldu. Bu kararı, onun bilimsel kariyeri açısından hayati bir dönüm noktası oldu çünkü askerlik hizmetinden muaf tutularak akademik çalışmalarına devam etme fırsatı buldu.

Savaş yıllarında Cambridge’de kalarak lisansüstü eğitimine başladı. Danışmanı, ünlü biyokimyager Albert Neuberger’di. Doktora tezinde, lizin adlı bir amino asidin metabolizmasını inceledi. 1943 yılında “Lizinin Metabolizması” başlıklı teziyle doktorasını tamamladı. Bu dönemde, daha sonra tüm kariyerine yön verecek olan protein kimyası alanında derinleşti.

Doktorasının ardından Sanger, Cambridge’deki prestijli Medical Research Council (MRC) Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’nda çalışmaya başladı. Bu laboratuvar, 20. yüzyılın en önemli moleküler biyoloji merkezlerinden biriydi. Max Perutz, John Kendrew, Francis Crick ve James Watson gibi dev isimler aynı çatı altında çalışıyordu. Sanger, bu ilham verici ortamda, sessiz ve mütevazı kişiliğiyle kendi yolunda ilerlemeye devam etti.

Sanger’i dünya çapında üne kavuşturan ve ilk Nobel Ödülü’nü kazandıran çalışma, insülin proteininin tam amino asit dizilimini belirlemesidir. 1940’ların başında, bir proteinin amino asitlerinin hangi sırada dizildiğini bulmak neredeyse imkânsız bir görev olarak görülüyordu. Bilim insanları, proteinlerin belirli bir düzende amino asitlerden oluştuğunu tahmin ediyordu, ancak bunu kanıtlayacak hiçbir yöntem yoktu.

Sanger, bu soruna farklı bir açıdan yaklaştı. Dinitroflorobenzen (FDNB) adını verdiği bir kimyasal reaktif geliştirdi. Bu reaktif, bir protein zincirinin en ucundaki (N-terminal) amino aside bağlanıyor ve onu parlak sarı bir renge boyuyordu. Sanger, bu yöntemle insülinin uç amino asitlerini belirledikten sonra, proteini daha küçük parçalara ayırmak için enzimler (tripsin, pepsin) ve asit hidrolizi kullandı.

Ortaya çıkan binlerce peptid parçasını, iki boyutlu kağıt kromatografisi ve elektroforez gibi tekniklerle birbirinden ayırdı. Bu parçaların her birinin amino asit dizilimini belirledikten sonra, bir yapboz gibi bu parçaları birleştirerek insülinin tam yapısını ortaya çıkardı. Bu devasa iş, 1951-1955 yılları arasında tam on iki yıl süren titanik bir çabaydı.

1955 yılında Sanger, insülinin, 21 amino asitten oluşan A zinciri ile 30 amino asitten oluşan B zincirinin iki disülfid köprüsüyle birbirine bağlandığı tam bir molekül olduğunu açıkladı. Bu, tarihteki ilk protein dizilimiydi. Sanger, bu başarısını şöyle anlatmıştı: “İnsülinin yapısını bulduğumuzda, bunun sadece bir proteinin değil, aynı zamanda bir hormonun yapısı olduğunu anladık. Bu, biyoloji için yeni bir çağın başlangıcıydı.”

Bu keşfin önemi büyüktü. Artık bilim insanları, proteinlerin kimyasal kimliklerini tam olarak belirleyebiliyor, genetik mutasyonların protein yapısını nasıl değiştirdiğini anlayabiliyor ve sentetik protein üretiminin temelini atabiliyorlardı. 1958 yılında İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, Sanger’e Nobel Kimya Ödülü’nü verdi. Ödül gerekçesi şuydu: “Özellikle insülin olmak üzere proteinlerin yapısına yaptığı katkılardan dolayı.”

DNA Dizileme Yöntemi (Sanger Yöntemi)

Sanger, ilk Nobel Ödülü’nü aldıktan sonra dinlenmedi. Dikkatini proteinlerden, yaşamın diğer temel molekülü olan DNA’ya çevirdi. 1960’ların sonunda, DNA’nın yapısı biliniyordu (Watson ve Crick, 1953), ancak bir DNA molekülündeki nükleotitlerin (A, T, G, C) sırasını belirlemek son derece zordu. Mevcut yöntemler çok yavaş ve zahmetliydi.

Sanger, 1970’lerin ortasında, daha önce protein dizilemesinde kullandığı “parçala ve birleştir” stratejisini DNA’ya uyarlamaya karar verdi. Ancak DNA, proteinlerden çok daha büyük ve karmaşıktı. İhtiyacı olan şey, DNA’yı belirli noktalardan kesen bir “makas” ve zincir uzamasını durduran bir “durdurma mekanizması”ydı.

1975 yılında Sanger, bu mekanizmayı buldu. “Zincir sonlandırma” veya “dideoksi yöntemi” adını verdiği teknik, 2’,3’-dideoksinükleozit trifosfatlar (ddNTP’ler) adlı özel moleküller kullanıyordu. Normal DNA yapımında kullanılan deoksinükleotitlerin (dNTP’ler) aksine, ddNTP’lerde zincirin devam etmesi için gerekli olan OH grubu bulunmuyordu. Bu moleküller DNA zincirine eklendiğinde, zincir uzaması duruyordu.

Sanger’in yöntemi şöyle işliyordu:

1. Dizilenecek DNA parçası, bir DNA polimeraz enzimi, dört farklı normal dNTP ve az miktarda floresan veya radyoaktif işaretli ddNTP (ddATP, ddTTP, ddGTP, ddCTP) içeren dört ayrı tüpe konuluyordu.
2. DNA sentezi başladığında, normal dNTP’ler rastgele olarak devreye giriyordu. Ancak bir ddNTP eklendiğinde, zincir o noktada duruyordu.
3. Sonuçta, her tüpte, farklı uzunluklarda binlerce DNA parçası oluşuyordu. Bu parçaların sonundaki nükleotit, o tüpe eklenen ddNTP’nin tipini gösteriyordu.
4. Bu parçalar, ince bir jelde boylarına göre ayrıştırılıyordu (jel elektroforezi). Jeldeki bantlar okunduğunda, DNA’nın tam dizilimi elde ediliyordu.

Sanger, bu yöntemi ilk olarak bakteriyofaj φX174 adlı küçük bir virüsün DNA’sını dizileyerek test etti. 1977 yılında, bu virüsün 5.375 nükleotitten oluşan tüm genomunu yayınladı. Bu, tarihteki ilk tam genom dizilimiydi. Sanger yöntemi, kısa sürede dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarların standart DNA dizileme tekniği haline geldi.

1980 Nobel Kimya Ödülü ve İkili Onur

1980 yılında İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, Sanger’i bir kez daha Nobel Ödülü’ne layık gördü. Bu kez Nobel Kimya Ödülü’nü Walter Gilbert ve Paul Berg ile paylaştı. Ödülün yarısı Sanger ve Gilbert’e (DNA dizileme yöntemleri için), diğer yarısı ise Berg’e (rekombinant DNA için) verildi.

Frederick Sanger, Marie Curie (Fizik 1903, Kimya 1911), Linus Pauling (Kimya 1954, Barış 1962) ve John Bardeen (Fizik 1956, Fizik 1972) ile birlikte iki kez Nobel Ödülü kazanan sadece dört kişiden biridir. Ayrıca Sanger, iki Nobel Ödülü’nü de aynı alanda (Kimya) kazanan tek kişidir. Bu eşsiz başarı, onun bilim tarihindeki yerini ölümsüzleştirmiştir.

Sanger, ikinci Nobel konuşmasında yine alçakgönüllülüğünü korudu: “Şanslıydım. Doğru zamanda, doğru yerdeydim. Ve çalışmama devam etmeme izin veren harika bir kurumum vardı. Nobel Ödülü beni değiştirmedi; sadece daha fazla mektup almamı sağladı.”

Sanger Yönteminin Etkileri

Frederick Sanger’in geliştirdiği dideoksi dizileme yöntemi, modern biyoteknoloji devriminin temel taşlarından biridir. İnsan Genom Projesi (Human Genome Project) gibi dev projelerin başarıya ulaşmasını sağlayan ana teknoloji, Sanger yönteminin otomatize edilmiş versiyonları olmuştur. 2003 yılında tamamlanan projede, insanın 3 milyar baz çiftlik genomunun yaklaşık %92’si Sanger dizileme ile okunmuştur.

Bugün, Sanger dizileme yöntemi yerini büyük ölçüde daha hızlı ve daha ucuz olan “yeni nesil dizileme” (next-generation sequencing) teknolojilerine bırakmış olsa da, bu teknolojilerin hepsi Sanger’in temel prensibinin (zincir sonlandırma) farklı varyasyonlarıdır. Ayrıca Sanger yöntemi, günümüzde hala doğruluğu en yüksek yöntem olarak kabul edilmekte ve özellikle kısa DNA parçalarının doğrulanması (validasyon) amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır.

Sanger yöntemi sayesinde günümüzde yapılan uygulamalar şunlardır:

• Kanser genomu analizi:Tümörlerdeki genetik mutasyonların belirlenmesi.
• Mikrobiyoloji:Bakteri ve virüslerin tür düzeyinde tanımlanması (16S rRNA dizileme).
• Adli tıp:DNA parmak izi analizi.
• Doğum öncesi tanı:Genetik hastalıkların erken teşhisi.
• Evrimsel biyoloji:Farklı türler arasındaki genetik akrabalıkların belirlenmesi.

Sanger’in Kişiliği ve Çalışma Stili

Frederick Sanger, bilim dünyasının en mütevazı figürlerinden biriydi. Nobel Ödülleri’ne rağmen, asla şöhret peşinde koşmadı. Laboratuvarında beyaz önlüğüyle, kendi elleriyle deneyler yapmaya devam etti. Otobiyografisinde “Kendimi hiçbir zaman bir dâhi olarak görmedim. Sadece bir problemin üzerine uzun süre düşünmeyi, deneyler tasarlamayı ve sonuçları sabırla analiz etmeyi seven sıradan bir bilim insanıyım” yazmıştır.

Sanger’in en büyük erdemi, sabır ve titizlikti. İnsülinin dizilimini bulmak on iki yıl sürmüştü. Bu süre boyunca binlerce deney yapmış, her bir sonucu defalarca kontrol etmişti. Ona göre bir bilim insanının en önemli özelliği, “başarısızlıktan yılmamak ve detaylara takıntılı derecede dikkat etmekti.” Sessiz ve içine kapanık bir yapısı vardı. Konferanslarda kısa ve öz konuşur, gereksiz sözlerden kaçınırdı. Cambridge’deki MRC Laboratuvarı’nın bahçesinde, yemek aralarında sessizce yürüyüş yapmasıyla tanınırdı.

Son Yılları ve Ölümü

Sanger, 1983 yılında 65 yaşında emekli oldu. Emekliliğinin ardından, Cambridge yakınlarındaki Swaffham Bulbeck kasabasında sakin bir hayat yaşadı. Bahçecilikle ilgilendi, özellikle orkide yetiştiriciliği konusunda uzmanlaştı. Bilimsel makaleler okumaya ve genç araştırmacılarla mektuplaşmaya devam etti, ancak bir daha asla aktif araştırma yapmadı. “Zamanı gelince durmayı bilmek gerekir” diyordu.

Frederick Sanger, 19 Kasım 2013’te Cambridge’deki bir hastanede 95 yaşında hayata gözlerini yumdu. Ölüm nedeni yaşlılığa bağlı doğal nedenlerdi. Onun ölümü, dünya basınında geniş yankı buldu. BBC, “Bilimin en büyük isimlerinden biri” başlığıyla duyurdu. Nature dergisi ise “Moleküler biyolojinin haritasını çıkaran adam” yorumunu yaptı.

Sanger’in adı, Sanger Enstitüsü (Sanger Institute, Cambridge) ile ölümsüzleştirilmiştir. Bu enstitü, günümüzde dünyanın önde gelen genom araştırma merkezlerinden biridir ve insan sağlığına yönelik dev genom projeleri yürütmektedir.

Frederick Sanger neden iki kez Nobel Ödülü aldı?
Sanger, birincisi 1958’de (insülin proteininin dizilimi), ikincisi ise 1980’de (DNA dizileme yöntemi) olmak üzere toplam iki Nobel Kimya Ödülü kazanmıştır. Kimya alanında iki kez Nobel alan tek kişidir.

Sanger yöntemi (dideoksi yöntemi) nedir ve nasıl çalışır?
Sanger yöntemi, DNA sentezi sırasında zincir sonlandırıcı ddNTP’ler kullanarak farklı uzunluklarda DNA parçaları oluşturulması ve bu parçaların jel elektroforezi ile ayrıştırılarak dizilimin okunması prensibine dayanır.

Sanger insülinin yapısını nasıl buldu?
Sanger, insülini önce küçük peptidlere ayırmış, her bir peptidin amino asit dizilimini belirlemiş, ardından bu parçaları kimyasal yollarla bir yapboz gibi birleştirerek tam yapıya ulaşmıştır. Bu süreç on iki yıl sürmüştür.

Sanger’in eğitim geçmişi nedir?
Sanger, lisans ve doktora eğitimini Cambridge Üniversitesi’nde tamamlamıştır. Doktorasını 1943 yılında “Lizinin Metabolizması” başlıklı teziyle almıştır.

Sanger neden savaşa katılmadı?
Sanger, Quaker (Dostlar Derneği) mezhebine mensuptu ve bu inanç vicdani retçi olmasına neden oldu. II. Dünya Savaşı’na katılmayarak, bilimsel çalışmalarına devam etme izni aldı.

Sanger’in adını taşıyan kurum hangisidir?
Cambridge’deki Wellcome Sanger Institute (eski adıyla Sanger Institute), dünyanın önde gelen genom araştırma merkezlerinden biridir ve onun adını yaşatmaktadır.

 

Bilgi Kategorisi	Detay
Gerçek adı	Frederick Sanger
Doğum yılı	13 Ağustos 1918
Doğum yeri	Rendcomb, Gloucestershire, İngiltere
Boyu	Yaklaşık 1.70 m (tahmini)
Kilosu	Yaklaşık 65 kg (tahmini)
Burcu	Aslan (Leo)
Medeni Hali	Evliydi
Eğitimi	Cambridge Üniversitesi (Lisans, Doktora)
İnsanlığa Kattığı Şeyler	İnsülin proteininin tam amino asit dizilimi (ilk protein dizilimi), DNA dizileme yöntemi (Sanger yöntemi / dideoksi yöntemi), iki kez Nobel Kimya Ödülü (1958, 1980), İnsan Genom Projesi’nin temel teknolojisi

 

 

Kaynakça

• org. (1958). The Nobel Prize in Chemistry 1958 – Frederick Sanger Facts.
• org. (1980). The Nobel Prize in Chemistry 1980 – Frederick Sanger Facts.
• Sanger, F. (1988). Sequences, Sequences, and Sequences. Annual Review of Biochemistry, 57(1), 1-28.
• Sanger, F., & Tuppy, H. (1951). The amino-acid sequence in the phenylalanyl chain of insulin. I. The identification of lower peptides from partial hydrolysates. Biochemical Journal, 49(4), 463-481.
• Sanger, F., Nicklen, S., & Coulson, A. R. (1977). DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proceedings of the National Academy of Sciences, 74(12), 5463-5467.
• Sanger, F., Air, G. M., Barrell, B. G., Brown, N. L., Coulson, A. R., Fiddes, J. C., … & Smith, M. (1977). Nucleotide sequence of bacteriophage φX174 DNA. Nature, 265(5596), 687-695.
• Medical Research Council (MRC) Arşivleri. Frederick Sanger Biographical Notes and Laboratory Notebooks.
• Brownlee, G. G. (2014). Frederick Sanger (1918–2013). Nature, 505(7481), 27-28.
• Wellcome Sanger Institute. (2013). Frederick Sanger – A Tribute.