Ο Φρέντερικ Σάνγκερ (13 Αυγούστου 1918 – 19 Νοεμβρίου 2013) ήταν Βρετανός βιοχημικός που κέρδισε το Βραβείο Νόμπελ Χημείας δύο φορές (ο ένας από τους δύο ανθρώπους στην ιστορία που έχουν κερδίσει δύο φορές το βραβείο σε μία κατηγορία – ο άλλος είναι ο Τζον Μπαρντίν στη Φυσική). Το 1958 «για τις εργασίες του επί της δομής των πρωτεϊνών, και ιδίως της ινσουλίνης», και το 1980 μαζί με τους Αμερικανούς Γουόλτερ Γκίλμπερτ και Πωλ Μπεργκ «για τις συνεισφορές τους στον προσδιορισμό των αλληλουχιών των βάσεων στα νουκλεϊκά οξέα».
Ο πρώτος θρίαμβος του Σάνγκερ ήταν ο προσδιορισμός της πλήρους αλληλουχίας των αμινοξέων των δύο πεπτιδικών αλυσίδων της ινσουλίνης των βοοειδών, A και B, το 1952 και το 1951 αντιστοίχως. Πριν από αυτό, οι περισσότεροι πίστευαν ότι οι πρωτεΐνες ήταν κάπως άμορφες, ενώ με την ανακάλυψη αυτών των αλληλουχιών ο Σάνγκερ απέδειξε ότι έχουν καλώς καθορισμένη χημική σύσταση. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποίησε το «Αντιδραστήριο Σάνγκερ», το φθοροδινιτροβενζένιο (FDNB), για να αντιδράσει με τα εκτεθειμένα αμινοξέα της πρωτεΐνης και ιδιαίτερα με τη Ν-τερματική αμινομάδα στο ένα άκρο της αλυσίδας. Μετά υδρόλυσε μερικώς την ινσουλίνη σε μικρά πεπτίδια, είτε με υδροχλωρικό οξύ, είτε με ένζυμα όπως η θρυψίνη. Το μίγμα των πεπτιδίων διαχωρίστηκε σε δύο διαστάσεις πάνω σε χαρτί φίλτρου, πρώτα με ηλεκτροφόρηση στη μία διάσταση και έπειτα, κάθετα σε αυτή, με χρωματογραφία στην άλλη διάσταση. Τα διαφορετικά θραύσματα των πολυπεπτιδίων της ινσουλίνης, που ανιχνεύθηκαν με νινυδρίνη, μετακινήθηκαν σε διαφορετικές θέσεις πάνω στο χαρτί, δημιουργώντας ένα χαρακτηριστικό «διάγραμμα» που ο Σάνγκερ απεκάλεσε «δακτυλικά αποτυπώματα». Το ακραίο πεπτίδιο μπορούσε να αναγνωρισθεί από το κίτρινο χρώμα του FDNB και η ταυτότητά του με πλήρη υδρόλυση και ταυτοποίηση του ποιο δινιτροφαινυλ-αμινοξύ είχε παραχθεί. Επαναλαμβάνοντας αυτή τη διαδικασία, ο Σάνγκερ μπόρεσε να βρει τις ακολουθίες των πολλών πεπτιδίων που παράχθηκαν με διαφορετικές μεθόδους από την αρχική, μερική υδρόλυση. Αυτές μπορούσαν στη συνέχεια να συναρμολογηθούν στις μακρύτερες ακολουθίες ώστε να διακριβωθεί η πλήρης δομή της ινσουλίνης. Τέλος, καθώς οι αλυσίδες A και B είναι αδρανείς από πλευράς φυσιολογίας χωρίς τους τρεις συνδέοντες δισουλφιδικούς δεσμούς, ο Σάνγκερ και οι συνεργάτες του προσδιόρισαν τις θέσεις τους το 1955. Το κύριο συμπέρασμα του Σάνγκερ ήταν ότι οι δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες της ινσουλίνης είχαν ακριβείς ακολουθίες αμινοξέων και ότι, επαγωγικά, κάθε πρωτεΐνη είχε μία μοναδική ακολουθία. Αυτό το επίτευγμα τού χάρισε το πρώτο του Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1958. Αυτή η ανακάλυψη ήταν κρίσιμη για τη μετέπειτα υπόθεση της ακολουθίας του Κρικ και την ανάπτυξη των ιδεών του πώς το DNA κωδικοποιεί τις πρωτεΐνες.
Προσδιορισμός αλληλουχίας σε RNA
Από το 1951 ο Σάνγκερ ήταν εξωτερικός συνεργάτης του Συμβουλίου Ιατρικών Ερευνών και όταν άνοιξαν το Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας το 1962 μετακινήθηκε εκεί και έγινε επικεφαλής του τμήματος πρωτεϊνικής χημείας. Λίγο μετά άρχισε να εξετάζει την πιθανότητα προσδιορισμού της αλληλουχίας των αμινοξέων σε μόρια RNA και άρχισε να αναπτύσσει σχετικές μεθόδους. Αρχικό πρόβλημα ήταν να αποκτήσει ένα καθαρό τμήμα RNA. Στην πορεία ανακάλυψε το 1964, μαζί με τον Κγιέλντ Μάρκερ, το tRNA φορμυλμεθειονίνης, που αρχίζει την πρωτεϊνοσύνθεση σε βακτήρια. Τον πρόλαβε στον αγώνα δρόμου για τον πρώτο προσδιορισμό αλληλουχίας αμινοξέων σε tRNA μία ομάδα υπό τον Ρόμπερτ Χόλευ στο Πανεπιστήμιο Κορνέλ, η οποία δημοσίευσε την ακολουθία των 77 ριβονουκλεοτιδίων του tRNA της αλανίνης από σακχαρομύκητα το 1965. Ως το 1967 η ομάδα του Σάνγκερ είχε προσδιορίσει την αλληλουχία του 5S ριβοσωμικού RNA του Escherichia coli, 120 νουκλεοτιδίων.
Προσδιορισμός αλληλουχίας σε DNA
Στη συνέχεια ο Σάνγκερ στράφηκε στον προσδιορισμό αλληλουχίας σε DNA, κάτι που θα απαιτούσε μία εντελώς διαφορετική προσέγγιση. Εξέτασε διαφορετικούς τρόπους χρήσεως της πολυμεράσης I του DNA της E. coli για την αντιγραφή μονής έλικας DNA. Το 1975, μαζί με τον `Αλαν Κούλσον, δημοσίευσε μία διαδικασία προσδιορισμού αλληλουχίας με χρήση πολυμεράσης DNA και ραδιοσεσημασμένων νουκλεοτιδίων, την οποία απεκάλεσε «τεχνική του συν και πλην» (“Plus and Minus” technique). Αυτή περιελάμβανε δύο στενά σχετιζόμενες μεθόδους που παρήγαγαν μικρά ολιγονουκλεοτίδια, διαχωρίσιμα με ηλεκτροφόρηση σε γέλη πολυακρυλαμιδίου και ορατά με αυτοραδιογραφία. Η διαδικασία μπορούσε να δείξει ακολουθίες έως 80 νουκλεοτιδίων με τη μία και αποτελούσε μία μεγάλη βελτίωση, αλλά ήταν ακόμα πολύ κοπιώδης. Ωστόσο, η ομάδα του μπόρεσε να προσδιορίσει την αλληλουχία των περισσότερων από τα 5.386 νουκλεοτίδια του DNA του βακτηριοφάγου φX174. Αυτό υπήρξε το πρώτο γονιδίωμα με βάση το DNA του οποίου η ακολουθία προσδιορίσθηκε πλήρως. Προς έκπληξή τους ανακάλυψαν ότι οι περιοχές κωδικοποιήσεων ορισμένων από τα γονίδια αλληλοεπικαλύπτονταν.
Το 1977 ο Σάνγκερ και οι συνεργάτες του επινόησαν τη μέθοδο τερματισμού αλυσίδας για τον προσδιορισμό αλληλουχίας DNA που είναι γνωστή ως «μέθοδος Σάνγκερ». Αυτή υπήρξε μία σημαντική καινοτομία και επέτρεψε τον ταχύ και ακριβή προσδιορισμό μεγάλων τμημάτων DNA. Απέφερε στον Σάνγκερ το δεύτερο Βραβείο Νόμπελ το 1980 και χρησιμοποιήθηκε από τον ίδιο και τους συνεργάτες του για τον προσδιορισμό της αλληλουχίας ανθρώπινου μιτοχονδριακού DNA (16.569 ζεύγη βάσεων) και DNA του βακτηριοφάγου λ (48.502 ζεύγη). Η μέθοδος Σάνγκερ χρησιμοποιήθηκε τελικώς για την αποκωδικοποίηση ολόκληρου του ανθρώπινου γονιδιώματος.
Μέχρι σήμερα ο Σάνγκερ παραμένει ο μοναδικός άνθρωπος που έχει τιμηθεί με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας περισσότερες από μία φορές.
