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Frederick Sanger OM CH CBE 13 August 1918 in Rendcomb Gloucestershire 19 November 2013 in Cambridge Cambridgeshire war e

Frederick Sanger

Frederick Sanger OM, CH, CBE (* 13. August 1918 in Rendcomb, Gloucestershire; † 19. November 2013 in Cambridge, Cambridgeshire) war ein britischer Biochemiker.

Frederick Sanger

Er gehörte zu den wenigen Personen, die zweimal mit dem Nobelpreis geehrt wurden: 1958 erhielt Sanger den Nobelpreis für Chemie (als alleiniger Preisträger) für die Aufklärung der Struktur des Insulins und seine Arbeiten zur Proteinsequenzierung. 1980 wurde er erneut mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet (zusammen mit Paul Berg, geb. 1926, und Walter Gilbert, geb.1932), dieses Mal für Untersuchungen zur Ermittlung der Basensequenz in Nukleinsäuren.

Leben Bearbeiten

Schule und Studium Bearbeiten

Frederick Sanger wurde als zweiter Sohn des Arztes Frederick Sanger senior (1876–1937) und Cicely Sanger (1880–1938) in Rendscomb geboren. Beeinflusst durch den Vater und durch seinen ein Jahr älteren Bruder Theodore entwickelte Sanger schon früh ein Interesse für die Naturwissenschaften. Nach der Schulausbildung an der Bryanston School und ab 1936 am St John’s College in Cambridge wollte er ursprünglich Medizin studieren, entschied sich dann aber für die Biochemie, da er sich als Naturwissenschaftler anders als im Arztberuf stärker auf ein Themengebiet konzentrieren und so vielleicht mehr erreichen könnte. So begann Sanger mit dem Studium der Biochemie am Department of Biochemistry in Cambridge.

1939 erhielt Sanger seinen Abschluss als Bachelor of Arts. Da er aus einer Quäker-Familie kam, lehnte er den Kriegsdienst aus Gewissensgründen ab und arbeitete während des Zweiten Weltkrieges an seiner Doktorarbeit weiter, die er im selben Institut unter der Betreuung von A. Neuberger über den Metabolismus der Aminosäure Lysin anfertigte. 1943 erhielt er den Doktorgrad.

Forschungstätigkeit Bearbeiten

Sangers Arbeit wurde von 1944 bis 1951 durch ein Stipendium des Beit Memorial Fellowship for Medical Research gefördert. 1951 wurde er externer Mitarbeiter des Medical Research Council (MRC).

Im Jahr seiner Promotion wurde Albert Chibnall Nachfolger von Frederick Gowland Hopkins als Leiter der Biochemie-Abteilung in Cambridge, und Sanger wurde Mitglied in Chibnalls Forschungsgruppe. Das Hauptinteresse der Gruppe galt der Proteinchemie, insbesondere der des Insulins. Sanger entwickelte 1945 schließlich eine Methode zur Bestimmung der Aminosäuresequenz, mit deren Hilfe er in zwölfjähriger Arbeit die Insulinsequenz vollständig bestimmte. 1955 konnte die Sequenz der 51 kettenförmig angeordneten Aminosäuren im Insulin veröffentlicht werden, wofür Sanger 1958 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurde.

In der Folge blieb Sanger in Cambridge und übernahm 1962 die Leitung der Abteilung für Proteinchemie am Laboratory of Molecular Biology (LMB). Dieses Institut war 1962 als neuer Laborkomplex gebaut worden, nachdem das Medical Research Council schon 1947 in Cambridge eine Gruppe zur „Erforschung der molekularen Struktur biologischer Systeme“ eingerichtet hatte. Obwohl Sanger bis dahin kein besonderes Interesse an Nukleinsäuren hatte, erkannte er durch die Diskussion mit Wissenschaftlern wie Francis Crick oder Sydney Brenner die Notwendigkeit, auch die Sequenz dieses anderen Biopolymers zu bestimmen. In den folgenden Jahren widmete sich Sanger daher der Entwicklung einer weiteren Sequenzierungsmethode, die schließlich 1975 zum „Kettenabbruchverfahren“ führte. Damit konnte 1977 erstmals der Weltöffentlichkeit die DNA-Sequenzierung anhand des komplett dechiffrierten Genoms eines Bakteriophagen vorgestellt werden. 1980 wurde Sanger für seine Beiträge zur Sequenzierung von Nukleinsäuren zum zweiten Mal mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Etwa um die gleiche Zeit (1976/77) entwickelten Allan Maxam und Walter Gilbert eine andere Methode der DNA-Sequenzierung, die Maxam-Gilbert-Methode, die mit der Methode von Sanger zur ersten Generation der DNA-Sequenzierungsmethoden zählt.

1983 ging Frederick Sanger in den Ruhestand. Zuletzt widmete er sich zusammen mit seiner Frau Margaret Joan seinen Hobbys: dem Gärtnern und dem Segeln. Aus ihrer Ehe stammen drei Kinder. Am 19. November 2013 verstarb Frederick Sanger in Cambridge.

Auszeichnungen Bearbeiten

Werk Bearbeiten

Methode zur Bestimmung der Aminosäuresequenz Bearbeiten

Endgruppenbestimmung nach Sanger: A Derivatisierung des N-Terminus mit 2,4-Dinitro-1-fluorbenzol (DNFB), B saure Totalhydrolyse des Dinitrophenyl-Peptids in ein Dinitrophenyl-Derivat der N-terminalen Aminosäure und die übrigen Aminosäuren
Prinzip der Sequenzbestimmung mit Sangers Methode

Sangers Methode zur Bestimmung der Aminosäuresequenz entstand in seiner Zeit als Mitglied in Albert Chibnalls Forschungsgruppe in Cambridge. In den 1940er-Jahren erlebte die Proteinchemie eine Revolution durch die Entwicklung effizienter chromatographischer Trennungsmethoden für Proteine, Peptide und Aminosäuren. Sanger wollte nun die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein (Aminosäuresequenz) bestimmen. Dazu zerlegte er die Proteinkette zunächst in kleine Peptidfragmente und isolierte diese dann mit Hilfe der neuen Methoden. Zur Markierung und späteren Identifizierung der endständigen Aminosäure setzte Sanger die Fragmentpeptide mit 1-Fluor-2,4-dinitrobenzol um. Die am N-Terminus derivatisierten Peptide wurden komplett in ihre Aminosäuren gespalten, deren relative Mengen anschließend quantitativ bestimmt wurden. Die Identität der endständigen Aminosäure konnte durch chromatographische Analyse des farbigen Dinitrophenyl (DNP)-Derivats bestimmt werden. In diesem Arbeitsgang erhielt man zwei Informationen: 1. die Identität der ersten Aminosäure in der Kette und 2. die Art der anderen Aminosäuren in der Kette (wenngleich auch nicht deren Position). Durch mehrfache Wiederholung des Verfahrens kann man schließlich Rückschlüsse auf die ursprüngliche Sequenz ziehen. Die Abbildung verdeutlicht das Prinzip der Sequenzierungsmethode an einem kleinen Peptid.

In zwölfjähriger Arbeit gelang Sanger die komplette Sequenzbestimmung von Insulin. Erschwerend kam hinzu, dass Insulin ein Protein ist, das aus zwei Polypeptidketten besteht, die über Disulfidbrücken miteinander verbunden sind. Die Anordnung dieser Verbrückungen musste ebenfalls bestimmt werden. 1955 wurde die komplette Insulinsequenz veröffentlicht. Damit wurde erstmals bewiesen, dass Proteine eine eindeutige chemische Struktur besitzen. Jetzt konnten frühere Hypothesen endgültig verworfen werden, etwa die, dass Proteine zwar eine definierte Aminosäurezusammensetzung besitzen, jedoch mit zufälliger Sequenz, oder dass Proteine gar Aggregate kleinerer ähnlicher Einheiten sind. 1958 wurde Sanger für diese Arbeiten mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Sangers Sequenzierungsmethode wurde später durch den von dem schwedischen Biochemiker Pehr Edman entwickelten Phenylisothiocyanat-Abbau verdrängt. Der wesentliche Vorteil der Edman-Methode bestand darin, dass man Aminosäuren sukzessive vom N-Terminus her abbauen und identifizieren konnte. Das um eine Aminosäure verkürzte Restpeptid konnte anschließend einem erneuten Abbauzyklus unterzogen und so die Sequenz relativ schnell bestimmt werden.

Methode zur Sequenzierung von Nukleinsäuren Bearbeiten

Sangers Methode zur Sequenzierung von Nukleinsäuren entstand in seiner Zeit als Leiter der Abteilung für Proteinchemie am Laboratory of Molecular Biology (LMB) in Cambridge. Sie entstand aus der Notwendigkeit, die Sequenz der Nukleinbasen zu bestimmen.

Sanger entwickelte zum Erreichen dieses Ziels zunächst eine Methode zur Sequenzierung von Ribonukleinsäuren (RNA), die er dann auf Desoxyribonukleinsäure (DNA) anwandte. Diese Methode war jedoch sehr langsam und erlaubte nur die Bestimmung kurzer Sequenzabschnitte. In der Folgezeit entwickelte er eine neue Methode, die die Grundlage für die heutige DNA-Sequenzierungsmethode werden sollte, die sogenannte Didesoxymethode. Diese Technik nutzt folgende Eigenschaften der DNA:

  1. Die DNA ist ein doppelsträngiges Molekül, einer gewundenen Strickleiter nicht unähnlich. Die Sprossen der Leiter bilden Paare der Nukleinbasen (Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin), von denen es nur zwei Kombinationen gibt: Adenin steht Thymin gegenüber, Cytosin ist mit Guanin gepaart.
  2. Trennt man die beiden Einzelstränge auf, so kann man mit Hilfe einer DNA-Polymerase den Komplementärstrang synthetisieren. Allerdings braucht man ein kleines komplementäres DNA-Stück (Primer), das man an den Einzelstrang bindet und von der Polymerase gemäß der Instruktion des Gegenstranges (Template-Strang) verlängert wird.

Das synthetisierte DNA-Stück hat also einen definierten Anfangspunkt. Die Syntheseprodukte jedoch können unterschiedliche Längen haben, die Länge hängt davon ab, wie viele freie Nukleotide zur Synthese zur Verfügung stehen oder ob die Polymerase zufällig von dem Matrizenstrang abfällt.

Prinzip der DNA-Sequenzierung nach der Didesoxy-Methode.
dNTP ist die allgemeine Abkürzung für ein Nukleosidtriphosphat und kann für dATP, dCTP, dGTP oder dTTP stehen. ddNTPs sind die entsprechenden Didesoxy-Varianten der dNTPs. Der Einbau eines ddNTPs führt zum Abbruch der Polymerisationsreaktion. Die blauen Punkte am 5'-Ende des Primers stellen eine Markierung dar (z. B. eine fluoreszierende Gruppe), mittels der die Syntheseprodukte später im Gel sichtbar gemacht werden können. Alternativ lassen sich auch radioaktiv markierte Nukleosidtriphosphate zur Polymerisationsreaktion einsetzen.

Sangers Trick besteht nun darin, die Polymerisationsreaktion in vier getrennten Ansätzen durchzuführen, und dafür zu sorgen, dass jeder Strang den gleichen Start hat (was durch den Primer gegeben ist) und dass die Verlängerungsreaktion – obwohl an unterschiedlichen Stellen – aber immer an einer bestimmten Basensorte enden soll. Um das zu gewährleisten, enthält jeder Reaktionsansatz neben den vier Nukleotid-Monomeren jeweils die Didesoxy-Variante einer Nukleotidsorte. Die Kettenverlängerung läuft solange, bis schließlich irgendwann ein Didesoxy-Nukleotid eingebaut wird. Damit fehlt die 3'-OH-Gruppe zur Ausbildung der Phosphodiesterbindung zum nächsten Kettenglied und die Synthese stoppt hier. Durch die Festlegung des Anfangspunktes spiegelt die Länge der Synthesefragmente in einem Reaktionsansatz die relative Position der jeweiligen Nucleinbasensorte im Molekül wider. Setzt man radioaktiv (oder andersartig markierte) Nukleotide zur Reaktion ein und trennt die vier Ansätze nebeneinander entsprechend ihrer Größe in einem Acrylamidgel auf, so kann man die Basensequenz direkt vom Gel ablesen. Die nebenstehende Abbildung verdeutlicht das Prinzip der Didesoxy-Sequenzierung.

1977 präsentierten Sanger und Mitarbeiter die komplette Sequenz des 5.386 Basenpaare großen Bakteriophagen φX174. Aus der Sequenz dieses Bakterienvirus konnte direkt die Aminosäuresequenz der zehn viralen Proteine abgelesen werden, da der genetische Code, der angibt welche Dreierabfolge von Nukleinbasen (Basentriplett) für welche Aminosäure in einem Protein kodiert, durch Pionierarbeiten in den 1960er-Jahren bekannt war. 1980 wurde Sanger für seine Beiträge zur Sequenzierung von Nukleinsäuren zum zweiten Mal mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Die Bedeutung von Sangers Arbeit für die Gentechnik und das Genom-Projekt Bearbeiten

Anfang der 1970er-Jahre wurden Klonierungsmethoden entwickelt, mit denen man DNA-Stücke beliebigen Ursprungs in Bakterien vermehren kann, so dass genügend Material für die Sequenzierung zur Verfügung steht. Damit eröffnete sich die Möglichkeit, die gesamte genetische Information eines Organismus, das Genom, zu sequenzieren und damit indirekt auch die Sequenzen aller von diesem Organismus theoretisch synthetisierbaren Proteine abzuleiten. Zusammen mit Stanley Norman Cohen und Paul Berg, den Erfindern der rekombinanten Klonierungstechnik, kann Frederick Sanger daher als Vater der Gentechnik und des Genom-Projekts bezeichnet werden.

Zitate Bearbeiten

“Of the three main activities involved in scientific research, thinking, talking, and doing, I much prefer the last and am probably best at it. I am all right at the thinking, but not much good at the talking.”

“Previously I had not had much interest in nucleic acids. I used to go to Gordon Conferences on Protein and Nucleic Acids when the two subjects were bracketed together, and would sit through the nucleic acid talks waiting to get back to proteins. However, with people like Francis Crick around, it was difficult to ignore nucleic acids or to fail to realize the importance of sequencing them.”

“Unlike many scientists, I decided to retire and give up research when I reached the age of 65. This surprised my colleagues, and to some extent myself also. I had not thought about retirement until I suddenly realized that in a few years I would be 65 and would be entitled to stop work and do some of the things I had always wanted to do and had never had time for. The possibility seemed surprisingly attractive, especially as our work had reached a climax with the DNA sequencing method and I rather felt that to continue would be something of an anticlimax.”

Werke Bearbeiten

Wichtige Originalarbeiten:

  • F. Sanger: The Free Amino Groups of Insulin. In: Biochemical Journal. Band 39, Nr. 5, 1945, S. 507–515; PMID 16747948; PMC 1258275 (freier Volltext).
  • F. Sanger: The terminal peptides of insulin. In: Biochemical Journal. Band 45, 1949, S. 563–574; PMID 15396627; PMC 1275055 (freier Volltext).
  • A. P. Ryle, F. Sanger, R. Kitai: The disulphide bonds of insulin. In: Biochemical Journal. Band 60, 1955, S. 541–556; PMID 13249947; PMC 1216151 (freier Volltext).
  • F. Sanger, S. Nicklen, A. R. Coulson: DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 74, 1977, S. 5463–5467; PMID 271968; PMC 431765 (freier Volltext).
  • F. Sanger, G. M. Air, B. G. Barrell, N. L. Brown, A. R. Coulson, C. A. Fiddes, C. A. Hutchison, P. M. Slocombe, M. Smith: Nucleotide sequence of bacteriophage phi X174 DNA. In: Nature. Band 265, 1977, S. 687–695; PMID 870828.

Literatur Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

Commons: Frederick Sanger – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ Alok Jha: In: The Guardian. 20. November 2013, archiviert vom Original am 21. November 2013; abgerufen am 21. November 2013 (englisch).
  2. Bayerische Akademie der Wissenschaften: In: badw.de. Bayerische Akademie der Wissenschaften, archiviert vom Original am 7. November 2011; abgerufen am 21. November 2013.
  3. Frederick Sanger: Sequences, Sequences, and Sequences. In: Frederick Sanger, Margaret Dowding (Hrsg.): Selected Papers of Frederick Sanger: With Commentaries. World Scientific, Singapore / River Edge / London 1996, ISBN 981-02-2430-3, S. 635 (Introduction).
  4. Frederick Sanger: Sequences, Sequences, and Sequences. In: Frederick Sanger, Margaret Dowding (Hrsg.): Selected Papers of Frederick Sanger: With Commentaries. World Scientific, Singapore / River Edge / London 1996, ISBN 981-02-2430-3, S. 648.
  5. Frederick Sanger: Sequences, Sequences, and Sequences. In: Frederick Sanger, Margaret Dowding (Hrsg.): Selected Papers of Frederick Sanger: With Commentaries. World Scientific, Singapore / River Edge / London 1996, ISBN 981-02-2430-3, S. 660.
Personendaten
NAME Sanger, Frederick
KURZBESCHREIBUNG britischer Biochemiker und Nobelpreisträger für Chemie
GEBURTSDATUM 13. August 1918
GEBURTSORT Rendcomb, Großbritannien
STERBEDATUM 19. November 2013
STERBEORT Cambridge, Großbritannien
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Veröffentlichungsdatum:
Frederick Sanger OM CH CBE 13 August 1918 in Rendcomb Gloucestershire 19 November 2013 in Cambridge Cambridgeshire war ein britischer Biochemiker Frederick SangerEr gehorte zu den wenigen Personen die zweimal mit dem Nobelpreis geehrt wurden 1958 erhielt Sanger den Nobelpreis fur Chemie als alleiniger Preistrager fur die Aufklarung der Struktur des Insulins und seine Arbeiten zur Proteinsequenzierung 1980 wurde er erneut mit dem Nobelpreis fur Chemie ausgezeichnet zusammen mit Paul Berg geb 1926 und Walter Gilbert geb 1932 dieses Mal fur Untersuchungen zur Ermittlung der Basensequenz in Nukleinsauren 1 Inhaltsverzeichnis 1 Leben 1 1 Schule und Studium 1 2 Forschungstatigkeit 1 3 Auszeichnungen 2 Werk 2 1 Methode zur Bestimmung der Aminosauresequenz 2 2 Methode zur Sequenzierung von Nukleinsauren 2 3 Die Bedeutung von Sangers Arbeit fur die Gentechnik und das Genom Projekt 3 Zitate 4 Werke 5 Literatur 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseLeben BearbeitenSchule und Studium Bearbeiten Frederick Sanger wurde als zweiter Sohn des Arztes Frederick Sanger senior 1876 1937 und Cicely Sanger 1880 1938 in Rendscomb geboren Beeinflusst durch den Vater und durch seinen ein Jahr alteren Bruder Theodore entwickelte Sanger schon fruh ein Interesse fur die Naturwissenschaften Nach der Schulausbildung an der Bryanston School und ab 1936 am St John s College in Cambridge wollte er ursprunglich Medizin studieren entschied sich dann aber fur die Biochemie da er sich als Naturwissenschaftler anders als im Arztberuf starker auf ein Themengebiet konzentrieren und so vielleicht mehr erreichen konnte So begann Sanger mit dem Studium der Biochemie am Department of Biochemistry in Cambridge 1939 erhielt Sanger seinen Abschluss als Bachelor of Arts Da er aus einer Quaker Familie kam lehnte er den Kriegsdienst aus Gewissensgrunden ab und arbeitete wahrend des Zweiten Weltkrieges an seiner Doktorarbeit weiter die er im selben Institut unter der Betreuung von A Neuberger uber den Metabolismus der Aminosaure Lysin anfertigte 1943 erhielt er den Doktorgrad Forschungstatigkeit Bearbeiten Sangers Arbeit wurde von 1944 bis 1951 durch ein Stipendium des Beit Memorial Fellowship for Medical Research gefordert 1951 wurde er externer Mitarbeiter des Medical Research Council MRC Im Jahr seiner Promotion wurde Albert Chibnall Nachfolger von Frederick Gowland Hopkins als Leiter der Biochemie Abteilung in Cambridge und Sanger wurde Mitglied in Chibnalls Forschungsgruppe Das Hauptinteresse der Gruppe galt der Proteinchemie insbesondere der des Insulins Sanger entwickelte 1945 schliesslich eine Methode zur Bestimmung der Aminosauresequenz mit deren Hilfe er in zwolfjahriger Arbeit die Insulinsequenz vollstandig bestimmte 1955 konnte die Sequenz der 51 kettenformig angeordneten Aminosauren im Insulin veroffentlicht werden wofur Sanger 1958 mit dem Nobelpreis fur Chemie ausgezeichnet wurde In der Folge blieb Sanger in Cambridge und ubernahm 1962 die Leitung der Abteilung fur Proteinchemie am Laboratory of Molecular Biology LMB Dieses Institut war 1962 als neuer Laborkomplex gebaut worden nachdem das Medical Research Council schon 1947 in Cambridge eine Gruppe zur Erforschung der molekularen Struktur biologischer Systeme eingerichtet hatte Obwohl Sanger bis dahin kein besonderes Interesse an Nukleinsauren hatte erkannte er durch die Diskussion mit Wissenschaftlern wie Francis Crick oder Sydney Brenner die Notwendigkeit auch die Sequenz dieses anderen Biopolymers zu bestimmen In den folgenden Jahren widmete sich Sanger daher der Entwicklung einer weiteren Sequenzierungsmethode die schliesslich 1975 zum Kettenabbruchverfahren fuhrte Damit konnte 1977 erstmals der Weltoffentlichkeit die DNA Sequenzierung anhand des komplett dechiffrierten Genoms eines Bakteriophagen vorgestellt werden 1980 wurde Sanger fur seine Beitrage zur Sequenzierung von Nukleinsauren zum zweiten Mal mit dem Nobelpreis fur Chemie ausgezeichnet Etwa um die gleiche Zeit 1976 77 entwickelten Allan Maxam und Walter Gilbert eine andere Methode der DNA Sequenzierung die Maxam Gilbert Methode die mit der Methode von Sanger zur ersten Generation der DNA Sequenzierungsmethoden zahlt 1983 ging Frederick Sanger in den Ruhestand Zuletzt widmete er sich zusammen mit seiner Frau Margaret Joan seinen Hobbys dem Gartnern und dem Segeln Aus ihrer Ehe stammen drei Kinder Am 19 November 2013 verstarb Frederick Sanger in Cambridge Auszeichnungen Bearbeiten 1951 Corday Morgan Medaille der Royal Society of Chemistry 1954 Ernennung zum Fellow der Royal Society FRS 1958 Mitglied der American Academy of Arts and Sciences 1958 und 1980 Nobelpreis fur Chemie 1 In der Geschichte des Nobelpreises haben es nur funf Wissenschaftler geschafft zweimal diese hochste Ehrung zu erhalten neben Sanger waren das Marie Curie Linus Pauling John Bardeen und Karl Barry Sharpless Sanger Bardeen und Sharpless sind ausserdem die einzigen Menschen die zweimal mit dem Nobelpreis in derselben Disziplin ausgezeichnet wurden 1963 Verleihung des Ordens Commander of the Order of the British Empire CBE durch Konigin Elisabeth II 1967 Mitglied der National Academy of Sciences 1969 erhielt Sanger die Royal Medal der Royal Society 1971 1979 Gairdner Foundation International Award 1977 Copley Medal der Royal Society 1979 Albert Lasker Award for Basic Medical Research 1981 Aufnahme in den Order of the Companions of Honour CH 1986 wurde Sanger von Elisabeth II in den Order of Merit OM aufgenommen dessen regulare Mitgliedschaft auf nur 24 Personen begrenzt ist 1988 wurde Sanger korrespondierendes Mitglied der Bayerischen Akademie der Wissenschaften 2 1992 wurde in Cambridge das nach Frederick Sanger benannte Sanger Center gegrundet dessen Ziel die Sequenzierung und Erforschung des menschlichen Genoms und Genomen anderer Organismen ist 1997 wurde die Abteilung fur Biochemie der Universitat Cambridge erweitert in der Sanger bis 1962 gearbeitet hatte Neben dem Hopkins Gebaude gibt es jetzt ein zweites das Sanger Gebaude Werk BearbeitenMethode zur Bestimmung der Aminosauresequenz Bearbeiten nbsp Endgruppenbestimmung nach Sanger A Derivatisierung des N Terminus mit 2 4 Dinitro 1 fluorbenzol DNFB B saure Totalhydrolyse des Dinitrophenyl Peptids in ein Dinitrophenyl Derivat der N terminalen Aminosaure und die ubrigen Aminosauren nbsp Prinzip der Sequenzbestimmung mit Sangers MethodeSangers Methode zur Bestimmung der Aminosauresequenz entstand in seiner Zeit als Mitglied in Albert Chibnalls Forschungsgruppe in Cambridge In den 1940er Jahren erlebte die Proteinchemie eine Revolution durch die Entwicklung effizienter chromatographischer Trennungsmethoden fur Proteine Peptide und Aminosauren Sanger wollte nun die Reihenfolge der Aminosauren in einem Protein Aminosauresequenz bestimmen Dazu zerlegte er die Proteinkette zunachst in kleine Peptidfragmente und isolierte diese dann mit Hilfe der neuen Methoden Zur Markierung und spateren Identifizierung der endstandigen Aminosaure setzte Sanger die Fragmentpeptide mit 1 Fluor 2 4 dinitrobenzol um Die am N Terminus derivatisierten Peptide wurden komplett in ihre Aminosauren gespalten deren relative Mengen anschliessend quantitativ bestimmt wurden Die Identitat der endstandigen Aminosaure konnte durch chromatographische Analyse des farbigen Dinitrophenyl DNP Derivats bestimmt werden In diesem Arbeitsgang erhielt man zwei Informationen 1 die Identitat der ersten Aminosaure in der Kette und 2 die Art der anderen Aminosauren in der Kette wenngleich auch nicht deren Position Durch mehrfache Wiederholung des Verfahrens kann man schliesslich Ruckschlusse auf die ursprungliche Sequenz ziehen Die Abbildung verdeutlicht das Prinzip der Sequenzierungsmethode an einem kleinen Peptid In zwolfjahriger Arbeit gelang Sanger die komplette Sequenzbestimmung von Insulin Erschwerend kam hinzu dass Insulin ein Protein ist das aus zwei Polypeptidketten besteht die uber Disulfidbrucken miteinander verbunden sind Die Anordnung dieser Verbruckungen musste ebenfalls bestimmt werden 1955 wurde die komplette Insulinsequenz veroffentlicht Damit wurde erstmals bewiesen dass Proteine eine eindeutige chemische Struktur besitzen Jetzt konnten fruhere Hypothesen endgultig verworfen werden etwa die dass Proteine zwar eine definierte Aminosaurezusammensetzung besitzen jedoch mit zufalliger Sequenz oder dass Proteine gar Aggregate kleinerer ahnlicher Einheiten sind 1958 wurde Sanger fur diese Arbeiten mit dem Nobelpreis fur Chemie ausgezeichnet Sangers Sequenzierungsmethode wurde spater durch den von dem schwedischen Biochemiker Pehr Edman entwickelten Phenylisothiocyanat Abbau verdrangt Der wesentliche Vorteil der Edman Methode bestand darin dass man Aminosauren sukzessive vom N Terminus her abbauen und identifizieren konnte Das um eine Aminosaure verkurzte Restpeptid konnte anschliessend einem erneuten Abbauzyklus unterzogen und so die Sequenz relativ schnell bestimmt werden Methode zur Sequenzierung von Nukleinsauren Bearbeiten Hauptartikel DNA Sequenzierung Didesoxymethode nach Sanger Sangers Methode zur Sequenzierung von Nukleinsauren entstand in seiner Zeit als Leiter der Abteilung fur Proteinchemie am Laboratory of Molecular Biology LMB in Cambridge Sie entstand aus der Notwendigkeit die Sequenz der Nukleinbasen zu bestimmen Sanger entwickelte zum Erreichen dieses Ziels zunachst eine Methode zur Sequenzierung von Ribonukleinsauren RNA die er dann auf Desoxyribonukleinsaure DNA anwandte Diese Methode war jedoch sehr langsam und erlaubte nur die Bestimmung kurzer Sequenzabschnitte In der Folgezeit entwickelte er eine neue Methode die die Grundlage fur die heutige DNA Sequenzierungsmethode werden sollte die sogenannte Didesoxymethode Diese Technik nutzt folgende Eigenschaften der DNA Die DNA ist ein doppelstrangiges Molekul einer gewundenen Strickleiter nicht unahnlich Die Sprossen der Leiter bilden Paare der Nukleinbasen Adenin Guanin Thymin und Cytosin von denen es nur zwei Kombinationen gibt Adenin steht Thymin gegenuber Cytosin ist mit Guanin gepaart Trennt man die beiden Einzelstrange auf so kann man mit Hilfe einer DNA Polymerase den Komplementarstrang synthetisieren Allerdings braucht man ein kleines komplementares DNA Stuck Primer das man an den Einzelstrang bindet und von der Polymerase gemass der Instruktion des Gegenstranges Template Strang verlangert wird Das synthetisierte DNA Stuck hat also einen definierten Anfangspunkt Die Syntheseprodukte jedoch konnen unterschiedliche Langen haben die Lange hangt davon ab wie viele freie Nukleotide zur Synthese zur Verfugung stehen oder ob die Polymerase zufallig von dem Matrizenstrang abfallt nbsp Prinzip der DNA Sequenzierung nach der Didesoxy Methode dNTP ist die allgemeine Abkurzung fur ein Nukleosidtriphosphat und kann fur dATP dCTP dGTP oder dTTP stehen ddNTPs sind die entsprechenden Didesoxy Varianten der dNTPs Der Einbau eines ddNTPs fuhrt zum Abbruch der Polymerisationsreaktion Die blauen Punkte am 5 Ende des Primers stellen eine Markierung dar z B eine fluoreszierende Gruppe mittels der die Syntheseprodukte spater im Gel sichtbar gemacht werden konnen Alternativ lassen sich auch radioaktiv markierte Nukleosidtriphosphate zur Polymerisationsreaktion einsetzen Sangers Trick besteht nun darin die Polymerisationsreaktion in vier getrennten Ansatzen durchzufuhren und dafur zu sorgen dass jeder Strang den gleichen Start hat was durch den Primer gegeben ist und dass die Verlangerungsreaktion obwohl an unterschiedlichen Stellen aber immer an einer bestimmten Basensorte enden soll Um das zu gewahrleisten enthalt jeder Reaktionsansatz neben den vier Nukleotid Monomeren jeweils die Didesoxy Variante einer Nukleotidsorte Die Kettenverlangerung lauft solange bis schliesslich irgendwann ein Didesoxy Nukleotid eingebaut wird Damit fehlt die 3 OH Gruppe zur Ausbildung der Phosphodiesterbindung zum nachsten Kettenglied und die Synthese stoppt hier Durch die Festlegung des Anfangspunktes spiegelt die Lange der Synthesefragmente in einem Reaktionsansatz die relative Position der jeweiligen Nucleinbasensorte im Molekul wider Setzt man radioaktiv oder andersartig markierte Nukleotide zur Reaktion ein und trennt die vier Ansatze nebeneinander entsprechend ihrer Grosse in einem Acrylamidgel auf so kann man die Basensequenz direkt vom Gel ablesen Die nebenstehende Abbildung verdeutlicht das Prinzip der Didesoxy Sequenzierung 1977 prasentierten Sanger und Mitarbeiter die komplette Sequenz des 5 386 Basenpaare grossen Bakteriophagen fX174 Aus der Sequenz dieses Bakterienvirus konnte direkt die Aminosauresequenz der zehn viralen Proteine abgelesen werden da der genetische Code der angibt welche Dreierabfolge von Nukleinbasen Basentriplett fur welche Aminosaure in einem Protein kodiert durch Pionierarbeiten in den 1960er Jahren bekannt war 1980 wurde Sanger fur seine Beitrage zur Sequenzierung von Nukleinsauren zum zweiten Mal mit dem Nobelpreis ausgezeichnet Die Bedeutung von Sangers Arbeit fur die Gentechnik und das Genom Projekt Bearbeiten Anfang der 1970er Jahre wurden Klonierungsmethoden entwickelt mit denen man DNA Stucke beliebigen Ursprungs in Bakterien vermehren kann so dass genugend Material fur die Sequenzierung zur Verfugung steht Damit eroffnete sich die Moglichkeit die gesamte genetische Information eines Organismus das Genom zu sequenzieren und damit indirekt auch die Sequenzen aller von diesem Organismus theoretisch synthetisierbaren Proteine abzuleiten Zusammen mit Stanley Norman Cohen und Paul Berg den Erfindern der rekombinanten Klonierungstechnik kann Frederick Sanger daher als Vater der Gentechnik und des Genom Projekts bezeichnet werden Zitate Bearbeiten Of the three main activities involved in scientific research thinking talking and doing I much prefer the last and am probably best at it I am all right at the thinking but not much good at the talking 3 Previously I had not had much interest in nucleic acids I used to go to Gordon Conferences on Protein and Nucleic Acids when the two subjects were bracketed together and would sit through the nucleic acid talks waiting to get back to proteins However with people like Francis Crick around it was difficult to ignore nucleic acids or to fail to realize the importance of sequencing them 4 Unlike many scientists I decided to retire and give up research when I reached the age of 65 This surprised my colleagues and to some extent myself also I had not thought about retirement until I suddenly realized that in a few years I would be 65 and would be entitled to stop work and do some of the things I had always wanted to do and had never had time for The possibility seemed surprisingly attractive especially as our work had reached a climax with the DNA sequencing method and I rather felt that to continue would be something of an anticlimax 5 Werke BearbeitenWichtige Originalarbeiten Zur ProteinsequenzierungF Sanger The Free Amino Groups of Insulin In Biochemical Journal Band 39 Nr 5 1945 S 507 515 PMID 16747948 PMC 1258275 freier Volltext F Sanger The terminal peptides of insulin In Biochemical Journal Band 45 1949 S 563 574 PMID 15396627 PMC 1275055 freier Volltext A P Ryle F Sanger R Kitai The disulphide bonds of insulin In Biochemical Journal Band 60 1955 S 541 556 PMID 13249947 PMC 1216151 freier Volltext Zur DNA SequenzierungF Sanger S Nicklen A R Coulson DNA sequencing with chain terminating inhibitors In Proceedings of the National Academy of Sciences Band 74 1977 S 5463 5467 PMID 271968 PMC 431765 freier Volltext F Sanger G M Air B G Barrell N L Brown A R Coulson C A Fiddes C A Hutchison P M Slocombe M Smith Nucleotide sequence of bacteriophage phi X174 DNA In Nature Band 265 1977 S 687 695 PMID 870828 Autobiographisches UbersichtsartikelF Sanger Sequences sequences and sequences In Annual Review of Biochemistry Band 57 1988 S 1 28 PMID 2460023 F Sanger The early days of DNA sequences In Nature Medicine Band 7 2001 S 267 268 Literatur BearbeitenJohn Walker Frederick Sanger 1918 2013 In Nature Band 505 2014 S 27 doi 10 1038 505027a Sydney Brenner Frederick Sanger 1918 2013 In Science Band 343 Nr 6168 2013 S 262 doi 10 1126 science 1249912Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Frederick Sanger Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1958 an Frederick Sanger englisch Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1980 an Frederick Sanger englisch Wellcome Trust Sanger Institute Autobiographie Informationen zu und akademischer Stammbaum von Frederick Sanger bei academictree orgEinzelnachweise Bearbeiten a b Alok Jha DNA pioneer Frederick Sanger dies aged 95 In The Guardian 20 November 2013 archiviert vom Original am 21 November 2013 abgerufen am 21 November 2013 englisch Bayerische Akademie der Wissenschaften Korrespondierende Mitglieder In badw de Bayerische Akademie der Wissenschaften archiviert vom Original am 7 November 2011 abgerufen am 21 November 2013 Frederick Sanger Sequences Sequences and Sequences In Frederick 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Zsigmondy 1926 Svedberg 1927 Wieland 1928 Windaus 1929 Harden von Euler Chelpin 1930 H Fischer 1931 Bosch Bergius 1932 Langmuir 1933 nicht verliehen 1934 Urey 1935 F Joliot Curie I Joliot Curie 1936 Debye 1937 Haworth Karrer 1938 Kuhn 1939 Butenandt 1940 1942 nicht verliehen 1943 de Hevesy 1944 Hahn 1945 Virtanen 1946 Sumner Northrop Stanley 1947 Robinson 1948 Tiselius 1949 Giauque 1950 Diels Alder 1951 McMillan Seaborg 1952 Martin Synge 1953 Staudinger 1954 Pauling 1955 Vigneaud 1956 Hinshelwood Semjonow 1957 Todd 1958 Sanger 1959 Heyrovsky 1960 Libby 1961 Calvin 1962 Perutz Kendrew 1963 Ziegler Natta 1964 Hodgkin 1965 Woodward 1966 Mulliken 1967 Eigen Norrish Porter 1968 Onsager 1969 Barton Hassel 1970 Leloir 1971 Herzberg 1972 Anfinsen Moore Stein 1973 E O Fischer Wilkinson 1974 Flory 1975 Cornforth Prelog 1976 Lipscomb 1977 Prigogine 1978 Mitchell 1979 Brown Wittig 1980 Berg Gilbert Sanger 1981 Fukui Hoffmann 1982 Klug 1983 Taube 1984 Merrifield 1985 Hauptman Karle 1986 Herschbach 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FrederickKURZBESCHREIBUNG britischer Biochemiker und Nobelpreistrager fur ChemieGEBURTSDATUM 13 August 1918GEBURTSORT Rendcomb GrossbritannienSTERBEDATUM 19 November 2013STERBEORT Cambridge Grossbritannien Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Frederick Sanger amp oldid 228096904