Frederick Sanger si codul genetic (1918-). La temelia cercetării genetice, care astăzi înglobează giganticul efort de a crea harta întregului genom uman - 100 000 de gene şi 3 milioane de perechi de bază - se află munca lui Frederick Sanger, biochimist britanic.

Mai degrabă experimentator decât teoretician, acesta s-a impus prin două mari descoperiri, absolut esenţiale pentru progresul biologiei moleculare. În 1954, Sanger a fost primul care a analizat distribuţia aminoacizilor într-o proteină, insulina. Apoi, trecând la studiul ADN-ului însuşi, Sanger a descoperit metodele de descifrare a secvenţelor lungi de nucleotide în care se află încorporat codul genetic.

Aceste metode au stat la baza unor realizări tehnice cu un potenţial imens pentru cercetarea medicală şi biologică. „Astfel, poate mai mult decât oricine altul", scrie Christopher Wills, „Sanger a făcut posibil Proiectul Genomului Uman şi a stârnit toată această agitaţie în genetica umană".

În semn de recunoaştere a realizărilor lui, Sanger a primit de două ori Premiul Nobel, iar în ultimele două decenii rolul lui în dezvoltarea complexă a biologiei moleculare a devenit tot mai evident.

Frederick Sanger s-a născut pe 13 august 1918 la Rendcomb, Gloucestershire. El este tizul tatălui său, doctor, mama fiind Cicely Crewdson Sanger. Crescut într-o familie destul de prosperă, deşi la şcoala din Bryanston a fost un elev mediocru, el a putut intra în 1936 la St. John's College din Cambridge, unde studiase şi tatăl său.

Acolo a optat iniţial pentru medicină, dar a început să-l intereseze biochimia, o disciplină relativ nouă. Ca şi alţi colegi care s-au orientat spre cercetare în aceeaşi perioadă, şi Sanger s-a entuziasmat la gândul că biologia poate fi explicată în termenii chimiei. A primit diploma în 1939, cu distincţie, şi astfel a putut să-şi continue studiile, luându-şi doctoratul în 1943 cu o disertaţie pe tema metabolismului lisinei, unul dintre aminoacizi.

Deoarece făcea parte din secta quakerilor, a fost scutit de serviciul militar în timpul celui de-al doilea război mondial. Din 1944 până în 1951, Sanger a lucrat la Cambridge, fiind beneficiarul unei burse de cercetare medicală.

Atunci când Sanger s-a dedicat biochimiei, confuziile care frînaserâ evoluţia acestei ştiinţe vreme de o jumătate de secol erau înlocuite de certitudini. Multitudinea de compuşi din celulă începea să fie clasificată şi înţeleasă, iar teoria „lacătul şi cheia" a relaţiei dintre enzime şi substrat formulată de Emil Fischer fusese demonstrată.

Devenise clar că enzimele sunt nişte proteine, că sunt formate din aminoacizi cu funcţiuni specifice. Nu mai existau îndoieli cu privire la componenţa în aminoacizi a tuturor proteinelor. Una dintre cele mai puţin complexe, insulina, era studiată intens la laboratorul din Cambridge al lui A.C. Chibnall, la care lucra şi Sanger. El a fost cel care a preluat această cercetare.

Insulina este un hormon produs de celulele pancreasului. Ea are rolul esenţial de a transforma carbohidraţii în zahărul simplu numit glucoză, reglând astfel nivelul acestuia în sânge. Dacă nu au destulă insulină, oamenii fac diabet şi mor. Una din cele mai mari descoperiri din medicină datează din 1922, când Frederick Banting şi Charles Best au folosit insulină purificată pentru a trata un tânăr suferind de diabet. În următoarele două decenii, insulina era produsă în formă cristalină, iar diverşii aminoacizi componenţi fuseseră identificaţi. În aceste circumstanţe a început munca lui Sanger.

Într-un studiu îndelung, dar de o importanţă vitală, Sanger a determinat ordinea specifică în cele două lanţuri de aminoacizi din insulină. În scopul marcării capetelor lanţurilor, el a folosit o soluţie, numită de atunci reactivul lui Sanger. Dar ordinea aminoacizilor a rămas invizibilă până când el a descoperit cum să-i localizeze şi să-i analizeze (ca grupuri peptidice de aminoacizi) prin măsurarea petelor lăsate de aceştia pe hârtia de filtru.

În 1955, după aproape 12 ani de lucru, Sanger avea o analiză completă a insulinei, iar însemnătatea descoperirii a fost imediat recunoscută. În 1958, el primea Premiul Nobel pentru chimie.

Descoperirea structurii insulinei împlinea promisiuni foarte vechi la adresa medicinei; de asemenea, a avut repercusiuni imediate în domeniul biologiei moleculare, aflat în plină dezvoltare. Ea demonstra, pentru prima oară, fără putinţă de tăgadă, că o proteină este constituită exclusiv dintr-o combinaţie de aminoacizi.

La scurt timp după aceea, Francis Crick formula ideea că principala misiune a materialului genetic, a ADN-ului, era producerea unei mari varietăţi de proteine, fiecare cu specializarea ei. Marea provocare o constituia înţelegerea modului în care ADN-ul păstrează şi diseminează instrucţiunile legate de construcţia proteinelor.

Înainte de a începe cercetarea acizilor nucleici, Sanger trebuia să facă un pas intermediar, respectiv să descifreze codul genetic. Prin 1961, experimentele demonstraseră că diverşi tripleţi, sau grupuri de trei nucleotide, sunt localizaţi pe secvenţa ADN, constituiţi în codoni. Aceşti codoni corespund diverşilor aminoacizi (Fiecare dintre codoni este o combinaţie de patru baze ale ARN-ului: Uracil (U), Citozină (C), Adenină (A), Guanină (G).

Astfel, aminoacidul numit cisternă are doi codoni, UGU şi UGC (ADN-ul poartă acelaşi cod, dar în locul Uracilului apare Timina (T). Împreună, codonii conţin codul genetic. O nucleotidă este una dintre bazele care constituie o „treaptă" pe „scara" elicoidală.)

Astfel, ei constituie un set de instrucţiuni pentru asamblarea aminoacizilor într-o ordine specifică. Atunci când lanţul de aminoacizi este complet, el se pliază în mod natural în proteine. O secţiune specifică a ADN-ului, copiată „în oglindă" de o secvenţă de ARN (acid ribonucleic), generează această asamblare conform principiului care uneori este enunţat sub forma ADN-ul determină ARN-ul să facă proteine. Nu are rost să mai subliniem semnificaţia acestei descoperiri. Dacă nu luăm în considerare apa, jumătate din greutatea corpului uman este constituită din proteine.

În 1962, Sanger îşi începe activitatea la Laboratorul de Biologie Moleculară al Consiliului pentru Cercetări Medicale din Cambridge. După câţiva „ani slabi", în care a făcut puţine descoperiri originale, era pregătit să înceapă studiul ADN-ului şi al ARN-ului.

El şi colegii lui de laborator au căutat căi de a analiza, de a „secvenţia" nucleotidele care înglobează informaţia genetică. Cercetarea lui Sanger, care avea să dureze mulţi ani, implica adaptarea, adoptarea şi dezvoltarea unor procedee de citire a lungii succesiuni de baze de-a lungul ADN-ului sau de pe o singură secvenţă de ADN.

Pe măsură ce se identificau unele dintre complexele procese moleculare ale chimiei ADN-ului, deveneau posibile noi tehnici de „secvenţiere" a nucleotidelor. Astfel, la început, Sanger avea la dispoziţie doar metode similare cu acelea folosite la analiza insulinei. În 1968, el reuşise să decodifice o secvenţă de ARN cu 120 de nucleotide, un record pe vremea aceea. La începutul anilor '70, el putea sparge ADN-ul în fragmente. Sanger a încercat să construiască o copie a unei secvenţe ADN folosind nucleotide marcate radioactiv.

Pentru această construcţie, Sanger a folosit mai multe metode. Aplicând ADN-polimeraza, un catalizator nou descoperit, unei secvenţe ADN şi furnizând diverse nucleotide marcate radioactiv, Sanger a putut să sintetizeze şi să identifice fragmente şi mai lungi.

Atunci când a descoperit că poate controla acţiunea ADN-polimerazei dacă sunt lăsate deoparte anumite baze, Sanger a inventat aşa-numita metodă „plus-minus" de secvenţiere, care, după cum afirma chiar el, a fost „cea mai bună şi mai originală idee pe care am avut-o vreodată".

El a descoperit că secvenţierea poate fi condusă mai departe folosind baze alterate chimic drept legături terminale în lanţ. Rezultatul s-a concretizat într-un grup ordonat şi marcat de fragmente de ADN, care putea fi apoi forţat să intre într-un gel folosind o metodă care le separă după lungime. În fiecare fragment, nucleotidele se văd clar ca nişte mici benzi, dispuse pe patru rânduri, fiecare corespunzând uneia dintre baze.

În 1974, Sanger a început să folosească aceste metode pentru a secvenţia virusul Phi XI74, un virus relativ simplu. Patru ani mai târziu, el publica întreaga secvenţă de 5386 de baze a acestuia. Era cea mai lungă secvenţă identificată până la acea oră, unul din momentele de vârf ale carierei lui Sanger. Progresul înregistrat ulterior avea să fie mai întâi rapid, apoi exploziv.

În 1980, Sanger a primit al doilea Premiu Nobel pentru chimie, pe care l-a împărţit cu Walter Gilbert şi Paul Berg, în semn de recunoaştere a ceea ce promitea să devină în următorul deceniu o revoluţie în biologie.

Capacitatea de a decodifica ADN-ul presupunea noi tehnici de manipulare a materialului genetic în toate felurile posibile, inclusiv producerea de gene specifice construirii anumitor proteine. În 1982, gena insulinei umane, introdusă într-o bacterie, a devenit primul dintre multele produse ale tehnologiei ADN-ului recombinat.

Posibilitatea secvenţierii întregului genom uman - un şir lung de 1,5 metri, lat de o milionime de milimetru şi conţinând 3 milioane de perechi de bază -, evidenţiată la mijlocul anilor '80, avea şansa de a se transforma în realitate prin folosirea unor metode de secvenţiere şi mai rapide, automatizate. În Statele Unite, ea a făcut obiectul unui proiect larg, susţinut de guvern şi condus un timp de James Watson. La mijlocul anilor '90, el apărea adesea pe prima pagină a ziarelor sub numele de „codul codurilor".

În 1983, Frederick Sanger a încetat să mai facă cercetări originale, iar cinci ani mai târziu, la 70 de ani, a părăsit laboratorul, retrăgându-se la casa lui din apropiere de Swaffam Bulbeck. Deşi nu crezuse că o să se pensioneze aşa de tânăr, „posibilitatea mi se pare surprinzător de atrăgătoare, mai ales că munca noastră şi-a atins apogeul o dată cu secvenţierea ADN-ului şi probabil că, dacă aş continua, nu aş egala rezultatele obţinute".

Are grijă de grădină şi navighează. Locuieşte cu soţia sa, Margaret Joan Howe, cu care s-a căsătorit în 1940 şi care i-a dăruit trei copii.

RECENT

Aspecte epidemilogice ale izbucnirilor cu boli diareice acute în Republica Moldova (Nadejda Gafin, Aliona Nastas, Ion Bîrcă, Adrian Cotelea, Vasile Sofronie)
02.01.2020

În articol sunt prezentate unele aspecte epidemiologice ale izbucnirilor cu boli diareice acute (BDA) în Republica Moldova în anii 2014-2 [ ... ]

Impactul asupra sănătății și cel socioeconomic al morbidității prin varicelă în Republica Moldova (Silvia Negară, Vasile Sofronie)
02.01.2020

A fost studiată și analizată epidemilogic morbiditatea prin varicelă în Republica Moldova în perioada 1985-2017. Studiul dat este unul [ ... ]

2018 Sănătatea - Publicaţie de sănătate şi divertisment