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(jiǎng)的英國(guó)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(jiǎng)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(jiǎng)。1980年，沃爾特·吉爾伯特（Walter Gilbert）和桑格“因他們有關(guān)測(cè)定核酸堿基序列的貢獻(xiàn)”分享一半化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)金。另一半獎(jiǎng)金被授予泡爾·伯格（Paul Berg），理由是“因?yàn)樗麑?duì)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(jiǎng)的第四人，無(wú)論是就個(gè)人獨(dú)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(gè)兒子。他的父親曾作為一名圣公會(huì)傳教士醫(yī)生在中國(guó)工作過(guò)，后來(lái)由于健康原因返回英國(guó)。桑格的父親在兩個(gè)兒子出生后不久轉(zhuǎn)信貴格派教義，并把兩個(gè)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(dāng)桑格大約5歲的時(shí)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(dāng)富裕，雇傭了家庭教師來(lái)教育孩子們。1927年，桑格9

5、歲的時(shí)候被送去唐斯學(xué)校上學(xué)，那是一所由貴格派信徒開(kāi)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(jí)。1932年，14歲的他被送去剛創(chuàng)辦不久的布賴(lài)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(jī)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(guò)這所學(xué)院。

6、在榮譽(yù)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(shí)就學(xué)過(guò)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(shí)間才通過(guò)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(gè)相對(duì)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(dá)姆（Joseph Needham

7、）、歐內(nèi)斯特·鮑德溫（Ernest Baldwin）共同開(kāi)設(shè)。</p><p>　　還在他在劍橋就學(xué)的頭兩年時(shí)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(qiáng)烈影響。他是個(gè)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(tuán)體的過(guò)程中，他邂逅了未來(lái)的妻子瑪格麗特·瓊·豪（Margaret Joan

8、 Howe），她當(dāng)時(shí)在紐納姆學(xué)院學(xué)習(xí)經(jīng)濟(jì)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(gè)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(shuō)妻子“雖然不是一名科學(xué)家，但為他營(yíng)造了一個(gè)祥和幸福的家，對(duì)他研究工作的貢獻(xiàn)比其他任何人都大?！?lt;/p><p>　　桑格于1940年10月開(kāi)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(gè)多月之后，皮瑞離開(kāi)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(lài)氨酸的代謝和一個(gè)更實(shí)際的問(wèn)題，即關(guān)于土豆的固氮問(wèn)題。他的論文標(biāo)題是“賴(lài)氨酸在動(dòng)物體內(nèi)的代謝”，他通過(guò)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(cè)定胰島素序列 紐伯格來(lái)到倫敦的國(guó)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(dān)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(duì)牛胰島素的氨基酸組成作過(guò)一番研究。他建議桑格關(guān)注蛋白質(zhì)里的氨基團(tuán)。胰島素可以從布茨（Boots）那兒買(mǎi)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(fèi)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(huì)的支持，后來(lái)（從1944年到1951年）得到貝特紀(jì)念醫(yī)學(xué)研究獎(jiǎng)學(xué)金的支持。</p><p>　　桑格的第一個(gè)勝利是分別于1951年和1952年

12、測(cè)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(rèn)為蛋白質(zhì)是不確定的。在測(cè)定這些序列的過(guò)程中，桑格證明蛋白質(zhì)有一個(gè)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(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，尤其是位于多肽鏈一端的N-端氨基酸基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)。他后來(lái)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(gè)維度，先是對(duì)一個(gè)維度進(jìn)行電泳，然后

13、對(duì)垂直于前一維度的另一維度進(jìn)行色譜分析。用茚三酮檢測(cè)到的胰島素不同肽片段被移動(dòng)到濾紙上的不同位置，從而創(chuàng)建出一個(gè)獨(dú)特的圖像，桑格稱(chēng)之為“指紋”。來(lái)自氨基端（N端）的肽可憑借FDNB標(biāo)簽的黃顏色識(shí)別出來(lái)，而位于肽末端的標(biāo)記氨基酸則通過(guò)完全酸水解來(lái)加以識(shí)別，從而確定是哪個(gè)二硝基苯基氨基酸。通過(guò)重復(fù)此類(lèi)過(guò)程，桑格成功測(cè)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(lái)成為較長(zhǎng)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(gè)

14、二硫鍵（兩個(gè)在鏈間，一個(gè)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(cè)定RNA序列 從1951起，桑格成為醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)的編外人員，但當(dāng)他們?cè)?962年開(kāi)辦分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，桑格從大學(xué)的生物化學(xué)系實(shí)驗(yàn)室搬到了新大樓的頂樓，并成為蛋白質(zhì)化學(xué)部門(mén)的頭頭。不久之后，桑格開(kāi)始關(guān)注測(cè)定RNA分子序列的可能性，并開(kāi)始開(kāi)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(gè)難題是獲得

15、純凈的RNA用以測(cè)序。在這一過(guò)程中，他與謝爾德·馬客（Kjeld Marcker）一道在1964年發(fā)現(xiàn)了在細(xì)菌身上啟動(dòng)蛋白質(zhì)合成的甲硫氨基酸t(yī)RNA。他在對(duì)第一個(gè)tRNA分子測(cè)序的競(jìng)爭(zhēng)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(gè)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(gè)核苷酸組成的小RNA

16、——的核苷酸序列。</p><p>　　測(cè)定DNA序列 他然后轉(zhuǎn)向給DNA測(cè)序，這要求用完全不同的方法。他關(guān)注利用來(lái)自大腸桿菌的DNA聚合酶I的不同方法來(lái)復(fù)制單鏈DNA。1975年，他與艾倫·庫(kù)爾森（Alan Coulson）一道發(fā)表了一種利用DNA聚合酶連同放射性標(biāo)記的核苷酸的測(cè)序過(guò)程，他稱(chēng)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(guò)在聚丙烯酰胺凝膠上進(jìn)行電泳而

17、被分割，并利用放射自顯影術(shù)進(jìn)行觀察。這種方法可以一次測(cè)序80個(gè)核苷酸，是對(duì)此前方法的巨大改進(jìn)，但仍然非常繁雜。盡管如此，他的小組還是成功地測(cè)定了單株噬菌體φX174身上5 386個(gè)核苷酸中大部分的序列。這是第一個(gè)完全測(cè)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(jìn)了“雙脫氧”鏈終止DNA分子測(cè)序法，也稱(chēng)“桑格法”。這是一

18、個(gè)重大的突破，使得長(zhǎng)段的DNA得以快速和精確測(cè)序。這為他在1980年贏得了第二個(gè)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，這次他是與沃爾特·吉爾伯特和泡爾·伯格分享獎(jiǎng)金。這種新方法被桑格及其同事們用來(lái)測(cè)定人類(lèi)線(xiàn)粒體DNA（16 569個(gè)堿基對(duì)）和噬菌體λ（48 502個(gè)堿基對(duì)）。雙脫氧法最終被用來(lái)測(cè)定整個(gè)人類(lèi)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(jiǎng)的人，是四位兩度

19、獲得諾貝爾獎(jiǎng)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(jiǎng)，1911年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）、萊納斯·鮑林（Linus Pauling，1954年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，1962年獲諾貝爾和平獎(jiǎng)）和約翰·巴?。↗ohn Bardeen，1956、1972年兩度獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。</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(shí)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(huì)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(yuǎn)。當(dāng)籌建辦主任約翰·薩爾斯騰（John Sulston

21、）問(wèn)他是否同意研究所以他的名字命名時(shí)，桑格表示同意，但同時(shí)提醒說(shuō)：“最好是件好事?！毖芯克?993年10月4日由桑格親自開(kāi)張，雖然全所人員不到50人，但繼續(xù)引領(lǐng)人類(lèi)基因組測(cè)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(shuō)他沒(méi)有找到上帝存在的證據(jù)，因此他成為一個(gè)不可知論者。在一份2000年發(fā)表于《泰晤士報(bào)》的訪(fǎng)談稿中，桑格被引述說(shuō)：“我的父親是一名堅(jiān)定的貴格

22、派信徒，我從小被作為貴格派教徒養(yǎng)大。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，真理非常重要。我逐漸遠(yuǎn)離這些信仰，因?yàn)槲绎@然在尋找真理，但我需要用來(lái)證明它的證據(jù)。即使我想要相信上帝，我也會(huì)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?yàn)樗幌Ｍ怀蔀椤熬羰俊?。他被引述說(shuō)：“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(jī)勛章。該勛章只頒發(fā)給24名在世的、對(duì)文武方面有功績(jī)的人。</p>&

23、lt;p>　　2007年，威康信托基金授權(quán)英國(guó)生物化學(xué)學(xué)會(huì)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(shí)驗(yàn)室筆記本?！犊茖W(xué)》雜志在報(bào)道這一事件時(shí)指出，桑格是“你能遇到的最謙遜的人”，正如《泰晤士報(bào)》在他的訃告中所說(shuō)的那樣，他曾把自己形容為：“不過(guò)是一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室里搗騰的老兄罷了?！?lt;/p><p>　　威康信托基金負(fù)責(zé)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(lái)最偉大的科學(xué)家之一，是唯一兩度榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的英國(guó)人。他完全稱(chēng)得上是基因組時(shí)代之父。他的研究為人類(lèi)能夠閱讀和理解遺傳密碼奠定了基礎(chǔ)，給生物學(xué)帶來(lái)了革命性的變化，并為今天的醫(yī)療保健進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)?！?lt;/p><p>　　英國(guó)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)前主席科林·布萊克莫爾（Colin Blakemore）教授指出：“一個(gè)偉人在死后通常會(huì)被夸大，但要夸大桑格對(duì)現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)科學(xué)的影響是不需要的