弗瑞德里克·桑格(1918-2013)

1、<p>　　弗瑞德里克·桑格（1918-2013）</p><p><b>　　呂吉爾/編譯</b></p><p><b>　　弗瑞德里克·桑格</b></p><p>　　兩度榮獲諾貝爾化學(xué)獎的英國生物化學(xué)家弗瑞德里克·桑格（Frederick Sanger）于2013年11月1

2、9日睡眠中在劍橋的阿登布魯克醫(yī)院病床上去世，享年95歲。他是世界上唯一兩度獲得諾貝爾化學(xué)獎的科學(xué)家。1958年，他因?qū)Φ鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，尤其是胰島素的研究而被授予諾貝爾化學(xué)獎。1980年，沃爾特·吉爾伯特（Walter Gilbert）和桑格“因他們有關(guān)測定核酸堿基序列的貢獻”分享一半化學(xué)獎獎金。另一半獎金被授予泡爾·伯格（Paul Berg），理由是“因為他對核酸生物化學(xué)特性的基礎(chǔ)研究，特別是關(guān)于重組DNA的基礎(chǔ)研

3、究”。桑格是被兩度授予諾貝爾獎的第四人，無論是就個人獨享或是與人分享而言。</p><p><b>　　早年生活和教育</b></p><p>　　弗瑞德里克·桑格于1918年8月13日出生在英格蘭格洛斯特郡的倫德科姆村，是全科醫(yī)生弗瑞德里克·桑格（Frederick Sanger）和其妻子西塞莉·桑格（Cicely Sanger，娘家姓

4、克魯森Crewdson）的第二個兒子。他的父親曾作為一名圣公會傳教士醫(yī)生在中國工作過，后來由于健康原因返回英國。桑格的父親在兩個兒子出生后不久轉(zhuǎn)信貴格派教義，并把兩個兒子也培養(yǎng)成了貴格派信徒。桑格的母親是一位棉花富商的女兒，有著貴格派信徒背景，但西塞莉不是貴格派信徒。</p><p>　　當桑格大約5歲的時候，全家人搬到了英格蘭沃里克郡的阿登的坦沃思村。家庭相當富裕，雇傭了家庭教師來教育孩子們。1927年，桑格9

5、歲的時候被送去唐斯學(xué)校上學(xué)，那是一所由貴格派信徒開辦的寄宿制小學(xué)，在莫爾文附近。他的哥哥西奧（Theo）在同一所小學(xué)上學(xué)，比他高一級。1932年，14歲的他被送去剛創(chuàng)辦不久的布賴恩斯頓學(xué)校，位于多塞特。這所學(xué)校采用道爾頓制，校規(guī)比較寬松，桑格非常喜歡。在學(xué)校里他喜歡他的老師們，尤其喜歡科學(xué)科目。</p><p>　　他在畢業(yè)考試中成績優(yōu)良，于1936年考上位于劍橋的圣約翰學(xué)院學(xué)習(xí)自然科學(xué)。他父親也就讀過這所學(xué)院。

6、在榮譽學(xué)位考試的第一階段，他學(xué)習(xí)物理學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)和數(shù)學(xué)，但物理和數(shù)學(xué)學(xué)得比較吃力。許多學(xué)生在中學(xué)時就學(xué)過更多的數(shù)學(xué)。第二年，他放棄了物理學(xué)，改學(xué)生理學(xué)。他花了三年時間才通過這一階段的考試。至于他的第二階段，他學(xué)習(xí)生物化學(xué)。這是一個相對較新的學(xué)科，由高蘭德·霍普金斯（Gowland Hopkins）和熱心的講師們馬爾科姆·迪克森（Malcolm Dixon）、約瑟夫·尼達姆（Joseph Needham

7、）、歐內(nèi)斯特·鮑德溫（Ernest Baldwin）共同開設(shè)。</p><p>　　還在他在劍橋就學(xué)的頭兩年時間里，他的父母親就雙雙因癌癥離世。他的父親終年60歲，他的母親終年58歲。作為一名大學(xué)生，桑格的信仰受到貴格派培養(yǎng)背景的強烈影響。他是個和平主義者，是和平承諾聯(lián)盟的一名成員。就是在他參與劍橋科學(xué)家反戰(zhàn)團體的過程中，他邂逅了未來的妻子瑪格麗特·瓊·豪（Margaret Joan

8、 Howe），她當時在紐納姆學(xué)院學(xué)習(xí)經(jīng)濟學(xué)。還在他為第二階段考試學(xué)習(xí)期間，他們就訂了婚，1940年12月他畢業(yè)后，他們就結(jié)婚了。他們有三個孩子：饒賓（Robin）生于1943年，匹特（Peter）生于1946年，薩麗·瓊（Sally Joan）生于1960年。他說妻子“雖然不是一名科學(xué)家，但為他營造了一個祥和幸福的家，對他研究工作的貢獻比其他任何人都大?！?lt;/p><p>　　桑格于1940年10月開始

9、在諾曼·溫蓋特·皮瑞（Norman Wingate Pirie）指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)位。他的課題是研究是否能從青草中獲得食用蛋白質(zhì)。在一個多月之后，皮瑞離開了該系科，艾伯特·紐伯格（Albert Neuberger）成為桑格的導(dǎo)師。桑格改變了研究課題，轉(zhuǎn)向研究賴氨酸的代謝和一個更實際的問題，即關(guān)于土豆的固氮問題。他的論文標題是“賴氨酸在動物體內(nèi)的代謝”，他通過了查爾斯·哈林頓（Charles Hari

10、ngton）和艾伯特·查爾斯·奇布諾爾（Albert Charles Chibnall）的考察，并于1943年被授予博士學(xué)位。</p><p><b>　　研究生涯</b></p><p>　　測定胰島素序列 紐伯格來到倫敦的國家醫(yī)學(xué)研究所，但桑格仍留在劍橋，并于1943年加入不久前剛剛擔任生物化學(xué)系主任的蛋白質(zhì)化學(xué)家查爾斯·奇布諾爾（

11、Charles Chibnall）的研究小組。奇布諾爾已經(jīng)對牛胰島素的氨基酸組成作過一番研究。他建議桑格關(guān)注蛋白質(zhì)里的氨基團。胰島素可以從布茨（Boots）那兒買到，是現(xiàn)有為數(shù)不多的純蛋白質(zhì)之一。此前，桑格一直在自己自費做研究。在奇布諾爾的小組里，他首次得到了醫(yī)學(xué)研究委員會的支持，后來（從1944年到1951年）得到貝特紀念醫(yī)學(xué)研究獎學(xué)金的支持。</p><p>　　桑格的第一個勝利是分別于1951年和1952年

12、測定了牛胰島素的兩條多肽鏈——A鏈和B鏈——的完整氨基酸序列。在此之前，人們普遍認為蛋白質(zhì)是不確定的。在測定這些序列的過程中，桑格證明蛋白質(zhì)有一個確定的化學(xué)構(gòu)成。為了這一目的，他利用“桑格試劑”——1氟-2,4二硝基苯（FDNB）——與暴露于蛋白質(zhì)的氨基團進行反應(yīng)，尤其是位于多肽鏈一端的N-端氨基酸基團進行反應(yīng)。他后來或用鹽酸或用酶（如胰蛋白酶）把胰島素部分地水解成為短肽。肽的混合物在濾紙上被分割成兩個維度，先是對一個維度進行電泳，然后

13、對垂直于前一維度的另一維度進行色譜分析。用茚三酮檢測到的胰島素不同肽片段被移動到濾紙上的不同位置，從而創(chuàng)建出一個獨特的圖像，桑格稱之為“指紋”。來自氨基端（N端）的肽可憑借FDNB標簽的黃顏色識別出來，而位于肽末端的標記氨基酸則通過完全酸水解來加以識別，從而確定是哪個二硝基苯基氨基酸。通過重復(fù)此類過程，桑格成功測定了利用不同方法產(chǎn)生的許多肽的序列。這些序列可以被集合起來成為較長的序列，從而推斷出胰島素的完整結(jié)構(gòu)。由于A鏈和B鏈因缺少三個

14、二硫鍵（兩個在鏈間，一個在A鏈內(nèi)）而在生理學(xué)上不活躍，桑格和同事們到195</p><p>　　測定RNA序列 從1951起，桑格成為醫(yī)學(xué)研究委員會的編外人員，但當他們在1962年開辦分子生物學(xué)實驗室的時候，桑格從大學(xué)的生物化學(xué)系實驗室搬到了新大樓的頂樓，并成為蛋白質(zhì)化學(xué)部門的頭頭。不久之后，桑格開始關(guān)注測定RNA分子序列的可能性，并開始開發(fā)用于分離利用特定核酸酶所產(chǎn)生的核糖核苷酸片段的方法。其中一個難題是獲得

15、純凈的RNA用以測序。在這一過程中，他與謝爾德·馬客（Kjeld Marcker）一道在1964年發(fā)現(xiàn)了在細菌身上啟動蛋白質(zhì)合成的甲硫氨基酸t(yī)RNA。他在對第一個tRNA分子測序的競爭中輸給了康奈爾大學(xué)的羅伯特·霍利（Robert Holley）領(lǐng)導(dǎo)的小組，后者在1965年發(fā)表了釀酒酵母丙氨酸t(yī)RNA的77個核糖核苷酸的序列。到1967年，桑格的小組已經(jīng)確定了大腸桿菌5S核糖體RNA——由120個核苷酸組成的小RNA

16、——的核苷酸序列。</p><p>　　測定DNA序列 他然后轉(zhuǎn)向給DNA測序，這要求用完全不同的方法。他關(guān)注利用來自大腸桿菌的DNA聚合酶I的不同方法來復(fù)制單鏈DNA。1975年，他與艾倫·庫爾森（Alan Coulson）一道發(fā)表了一種利用DNA聚合酶連同放射性標記的核苷酸的測序過程，他稱之為“加法減法”技術(shù)。這牽涉到兩種密切相關(guān)的短寡核苷酸產(chǎn)生方法。這些核苷酸可以通過在聚丙烯酰胺凝膠上進行電泳而

17、被分割，并利用放射自顯影術(shù)進行觀察。這種方法可以一次測序80個核苷酸，是對此前方法的巨大改進，但仍然非常繁雜。盡管如此，他的小組還是成功地測定了單株噬菌體φX174身上5 386個核苷酸中大部分的序列。這是第一個完全測序的基于DNA的基因組。使他們驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)其中有些基因的編碼區(qū)是互相重疊在一起的。</p><p>　　1977年，桑格及其同事們引進了“雙脫氧”鏈終止DNA分子測序法，也稱“桑格法”。這是一

18、個重大的突破，使得長段的DNA得以快速和精確測序。這為他在1980年贏得了第二個諾貝爾化學(xué)獎，這次他是與沃爾特·吉爾伯特和泡爾·伯格分享獎金。這種新方法被桑格及其同事們用來測定人類線粒體DNA（16 569個堿基對）和噬菌體λ（48 502個堿基對）。雙脫氧法最終被用來測定整個人類基因組的序列。</p><p>　　根據(jù)截止2013年的資料，桑格是迄今唯一被兩度授予諾貝爾化學(xué)獎的人，是四位兩度

19、獲得諾貝爾獎的人之一：其他三位分別是瑪麗·居里（Marie Curie,1903年獲諾貝爾物理學(xué)獎，1911年獲諾貝爾化學(xué)獎）、萊納斯·鮑林（Linus Pauling，1954年獲諾貝爾化學(xué)獎，1962年獲諾貝爾和平獎）和約翰·巴?。↗ohn Bardeen，1956、1972年兩度獲得諾貝爾物理學(xué)獎）。</p><p><b>　　晚年生活</b></

20、p><p>　　桑格工作到65歲，于1983年退休還鄉(xiāng)，回到位于劍橋郊外斯沃弗漢姆-布爾倍克的寓所，把更多時間花在收拾自家庭院和“劃船游玩”上。</p><p>　　1992年，威康信托基金和醫(yī)學(xué)研究委員會創(chuàng)建了桑格中心（現(xiàn)名桑格研究所），以他的名字命名。該研究所坐落于威康信托基金基因組校區(qū)，在欣克斯頓附近，離桑格的家只有幾英里遠。當籌建辦主任約翰·薩爾斯騰（John Sulston

21、）問他是否同意研究所以他的名字命名時，桑格表示同意，但同時提醒說：“最好是件好事?！毖芯克?993年10月4日由桑格親自開張，雖然全所人員不到50人，但繼續(xù)引領(lǐng)人類基因組測序工作。該研究所現(xiàn)在擁有900多名人員，成為世界上最大的基因組研究中心之一。</p><p>　　桑格說他沒有找到上帝存在的證據(jù)，因此他成為一個不可知論者。在一份2000年發(fā)表于《泰晤士報》的訪談稿中，桑格被引述說：“我的父親是一名堅定的貴格

22、派信徒，我從小被作為貴格派教徒養(yǎng)大。對他們來說，真理非常重要。我逐漸遠離這些信仰，因為我顯然在尋找真理，但我需要用來證明它的證據(jù)。即使我想要相信上帝，我也會發(fā)現(xiàn)這很難。我需要看到證據(jù)?！?lt;/p><p>　　他拒絕被封爵，因為他不希望被成為“爵士”。他被引述說：“爵位使你與眾不同，不是嗎？而我不想與眾不同?！?986年，他接受了功績勛章。該勛章只頒發(fā)給24名在世的、對文武方面有功績的人。</p>&

23、lt;p>　　2007年，威康信托基金授權(quán)英國生物化學(xué)學(xué)會編目和保存桑格記錄了自己從1944年到1983年間卓越研究的35本實驗室筆記本?！犊茖W(xué)》雜志在報道這一事件時指出，桑格是“你能遇到的最謙遜的人”，正如《泰晤士報》在他的訃告中所說的那樣，他曾把自己形容為：“不過是一個在實驗室里搗騰的老兄罷了。”</p><p>　　威康信托基金負責人杰瑞米·法拉（Jeremy Farrar）博士指出：“桑格

24、離世令我深感悲痛，他是有史以來最偉大的科學(xué)家之一，是唯一兩度榮獲諾貝爾獎的英國人。他完全稱得上是基因組時代之父。他的研究為人類能夠閱讀和理解遺傳密碼奠定了基礎(chǔ)，給生物學(xué)帶來了革命性的變化，并為今天的醫(yī)療保健進步做出了貢獻?！?lt;/p><p>　　英國醫(yī)學(xué)研究委員會前主席科林·布萊克莫爾（Colin Blakemore）教授指出：“一個偉人在死后通常會被夸大，但要夸大桑格對現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)科學(xué)的影響是不需要的