Federico Sanger

Frederick Sanger OM CH CBE FRS FAA (13 de agosto 1918 - 19 de noviembre de 2013) fue un bioquímico inglés que recibió dos veces el Premio Nobel de Química.

Ganó el Premio de Química de 1958 por determinar la secuencia de aminoácidos de la insulina y muchas otras proteínas, demostrando en el proceso que cada una tenía una estructura única y definida; este fue un descubrimiento fundamental para el dogma central de la biología molecular.

En el recién construido Laboratorio de Biología Molecular de Cambridge, desarrolló y posteriormente perfeccionó la primera técnica de secuenciación de ADN, que amplió enormemente la cantidad de experimentos factibles en biología molecular y sigue siendo de uso generalizado en la actualidad. El avance le valió el Premio Nobel de Química de 1980, que compartió con Walter Gilbert y Paul Berg.

Es una de las tres únicas personas que han ganado varios premios Nobel en la misma categoría (los otros son John Bardeen en física y Karl Barry Sharpless en química) y una de las cinco personas con dos premios Nobel.

Vida temprana y educación

Frederick Sanger nació el 13 de agosto de 1918 en Rendcomb, un pequeño pueblo de Gloucestershire, Inglaterra, el segundo hijo de Frederick Sanger, médico general, y su esposa, Cicely Sanger (de soltera Crewdson). Era uno de tres hijos. Su hermano, Theodore, era solo un año mayor, mientras que su hermana May (Mary) era cinco años menor. Su padre había trabajado como médico misionero anglicano en China, pero regresó a Inglaterra por problemas de salud. Tenía 40 años en 1916 cuando se casó con Cicely, que era cuatro años menor. El padre de Sanger se convirtió al cuaquerismo poco después de que nacieran sus dos hijos y los crió como cuáqueros. La madre de Sanger era hija de un rico fabricante de algodón y tenía antecedentes cuáqueros, pero no era cuáquera.

Cuando Sanger tenía alrededor de cinco años, la familia se mudó al pequeño pueblo de Tanworth-in-Arden en Warwickshire. La familia era razonablemente rica y contrató a una institutriz para enseñar a los niños. En 1927, a la edad de nueve años, fue enviado a Downs School, una escuela preparatoria residencial dirigida por cuáqueros cerca de Malvern. Su hermano Theo estaba un año por delante de él en la misma escuela. En 1932, a la edad de 14 años, fue enviado a la recientemente establecida Escuela Bryanston en Dorset. Esto usó el sistema Dalton y tenía un régimen más liberal que Sanger prefería mucho. En la escuela le gustaban sus profesores y disfrutaba particularmente de las materias científicas. Sanger pudo completar su Certificado Escolar un año antes, por lo que recibió siete créditos, y pudo pasar la mayor parte de su último año de escuela experimentando en el laboratorio junto a su maestro de química, Geoffrey Ordish, quien originalmente estudió en la Universidad de Cambridge y sido investigador en el Laboratorio Cavendish. Trabajar con Ordish supuso un cambio refrescante de sentarse y estudiar libros y despertó el deseo de Sanger de seguir una carrera científica. En 1935, antes de ir a la universidad, Sanger fue enviado a Schule Schloss Salem en el sur de Alemania en un programa de intercambio. La escuela puso un gran énfasis en el atletismo, lo que hizo que Sanger estuviera mucho más adelante en el material del curso en comparación con los otros estudiantes. Se sorprendió al saber que cada día comenzaba con lecturas de Mein Kampf de Hitler, seguidas de un saludo Sieg Heil.

En 1936, Sanger fue a St John's College, Cambridge, para estudiar ciencias naturales. Su padre había asistido a la misma universidad. Para la Parte I de su Tripos, tomó cursos de física, química, bioquímica y matemáticas, pero tuvo problemas con la física y las matemáticas. Muchos de los otros estudiantes habían estudiado más matemáticas en la escuela. En su segundo año reemplazó la física con la fisiología. Le tomó tres años obtener su Parte I. Para su Parte II, estudió bioquímica y obtuvo una calificación de primera clase. La bioquímica era un departamento relativamente nuevo fundado por Gowland Hopkins con profesores entusiastas que incluían a Malcolm Dixon, Joseph Needham y Ernest Baldwin.

Sus padres murieron de cáncer durante sus primeros dos años en Cambridge. Su padre tenía 60 años y su madre 58. Como estudiante universitario, las creencias de Sanger estuvieron fuertemente influenciadas por su educación cuáquera. Era pacifista y miembro de Peace Pledge Union. Fue a través de su participación en el Grupo contra la guerra de científicos de Cambridge que conoció a su futura esposa, Joan Howe, que estudiaba economía en Newnham College. Se cortejaron mientras él estudiaba para sus exámenes de la Parte II y se casaron después de que se graduó en diciembre de 1940. Sanger, aunque criado e influenciado por su educación religiosa, más tarde comenzó a perder de vista sus costumbres cuáqueras. Comenzó a ver el mundo a través de una lente más científica y, con el crecimiento de su investigación y desarrollo científico, se alejó lentamente de la fe con la que creció. No tiene más que respeto por lo religioso y afirma que tomó dos cosas de él, la verdad y el respeto por toda vida. En virtud de la Ley de formación militar de 1939, fue registrado provisionalmente como objetor de conciencia, y de nuevo en virtud de la Ley del servicio nacional (Fuerzas Armadas) de 1939, antes de que un tribunal le concediera la exención incondicional del servicio militar. Mientras tanto, se capacitó en trabajo de ayuda social en el centro Quaker, Spicelands, Devon y sirvió brevemente como asistente de hospital.

Sanger comenzó a estudiar para un doctorado en octubre de 1940 con N.W. "Factura" Pirie. Su proyecto era investigar si se podía obtener proteína comestible de la hierba. Después de poco más de un mes, Pirie dejó el departamento y Albert Neuberger se convirtió en su asesor. Sanger cambió su proyecto de investigación para estudiar el metabolismo de la lisina y un problema más práctico relacionado con el nitrógeno de las patatas. Su tesis se tituló "El metabolismo del aminoácido lisina en el cuerpo animal". Fue examinado por Charles Harington y Albert Charles Chibnall y obtuvo su doctorado en 1943.

Investigación y carrera

Secuencia de aminoácidos de insulina bovina, con puentes disulfudos mostrados en rojo.

Secuenciación de insulina

Neuberger se trasladó al Instituto Nacional de Investigación Médica de Londres, pero Sanger se quedó en Cambridge y en 1943 se unió al grupo de Charles Chibnall, un químico de proteínas que recientemente había ocupado la cátedra del Departamento de Bioquímica. Chibnall ya había trabajado en la composición de aminoácidos de la insulina bovina y sugirió que Sanger observara los grupos amino en la proteína. La insulina se podía comprar en la cadena de farmacias Boots y era una de las pocas proteínas que estaban disponibles en forma pura. Hasta ese momento, Sanger se había estado financiando a sí mismo. En el grupo de Chibnall, inicialmente recibió el apoyo del Consejo de Investigación Médica y luego, desde 1944 hasta 1951, de una beca Beit Memorial para la Investigación Médica.

El primer triunfo de Sanger fue determinar la secuencia completa de aminoácidos de las dos cadenas polipeptídicas de la insulina bovina, A y B, en 1952 y 1951, respectivamente. Antes de esto, se suponía ampliamente que las proteínas eran algo amorfas. Al determinar estas secuencias, Sanger demostró que las proteínas tienen una composición química definida.

Para llegar a este punto, Sanger perfeccionó un método de cromatografía de partición desarrollado por primera vez por Richard Laurence Millington Synge y Archer John Porter Martin para determinar la composición de aminoácidos en la lana. Sanger usó un reactivo químico 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno (ahora, también conocido como reactivo de Sanger, fluorodinitrobenceno, FDNB o DNFB), procedente de la investigación de gases venenosos realizada por Bernhard Charles Saunders en el Departamento de Química de la Universidad de Cambridge.. El reactivo de Sanger resultó eficaz para marcar el grupo amino N-terminal en un extremo de la cadena polipeptídica. Luego hidrolizó parcialmente la insulina en péptidos cortos, ya sea con ácido clorhídrico o usando una enzima como la tripsina. La mezcla de péptidos se fraccionó en dos dimensiones sobre una hoja de papel filtro, primero por electroforesis en una dimensión y luego, perpendicularmente a ésta, por cromatografía en la otra. Los diferentes fragmentos peptídicos de la insulina, detectados con ninhidrina, se movieron a diferentes posiciones en el papel, creando un patrón distintivo que Sanger denominó "huellas dactilares". El péptido del extremo N podría reconocerse por el color amarillo impartido por la etiqueta FDNB y la identidad del aminoácido marcado al final del péptido determinado por hidrólisis ácida completa y descubriendo qué dinitrofenil-aminoácido estaba allí.

Al repetir este tipo de procedimiento, Sanger pudo determinar las secuencias de muchos péptidos generados usando diferentes métodos para la hidrólisis parcial inicial. Luego, estos podrían ensamblarse en secuencias más largas para deducir la estructura completa de la insulina. Finalmente, debido a que las cadenas A y B son fisiológicamente inactivas sin los tres enlaces disulfuro de enlace (dos entre cadenas, uno dentro de la cadena en A), Sanger y colaboradores determinaron sus asignaciones en 1955. La conclusión principal de Sanger fue que las dos cadenas polipeptídicas de la proteína insulina tenía secuencias precisas de aminoácidos y, por extensión, que cada proteína tenía una secuencia única. Fue este logro lo que le valió su primer premio Nobel de Química en 1958. Este descubrimiento fue crucial para la posterior hipótesis de secuencia de Crick para desarrollar ideas sobre cómo el ADN codifica las proteínas.

Secuenciación de ARN

Desde 1951 Sanger fue miembro del personal externo del Consejo de Investigación Médica y cuando abrieron el Laboratorio de Biología Molecular en 1962, se mudó de sus laboratorios en el Departamento de Bioquímica de la universidad al último piso del nuevo edificio.. Se convirtió en jefe de la división de Química de Proteínas.

Antes de su movimiento, Sanger comenzó a explorar la posibilidad de secuenciar moléculas de ARN y comenzó a desarrollar métodos para separar fragmentos de ribonucleótidos generados con nucleasas específicas. Este trabajo lo hizo mientras intentaba refinar las técnicas de secuenciación que había desarrollado durante su trabajo con la insulina.

El desafío clave en el trabajo fue encontrar una pieza pura de ARN para secuenciar. En el curso del trabajo descubrió en 1964, con Kjeld Marcker, el ARNt de formilmetionina que inicia la síntesis de proteínas en las bacterias. Fue derrotado en la carrera por ser el primero en secuenciar una molécula de ARNt por un grupo dirigido por Robert Holley de la Universidad de Cornell, quien publicó la secuencia de los 77 ribonucleótidos de ARNt de alanina de Saccharomyces cerevisiae en 1965. En 1967, el grupo de Sanger había determinado la secuencia de nucleótidos del ARN ribosómico 5S de Escherichia coli, un pequeño ARN de 120 nucleótidos.

Secuenciación de ADN

Sanger luego recurrió a la secuenciación del ADN, lo que requeriría un enfoque completamente diferente. Observó diferentes formas de usar la ADN polimerasa I de E. coli para copiar ADN monocatenario. En 1975, junto con Alan Coulson, publicó un procedimiento de secuenciación utilizando ADN polimerasa con nucleótidos radiomarcados que denominó "Plus and Minus" técnica. Esto involucró dos métodos estrechamente relacionados que generaron oligonucleótidos cortos con 3' definidos. términos Estos podrían fraccionarse por electroforesis en un gel de poliacrilamida y visualizarse mediante autorradiografía. El procedimiento podía secuenciar hasta 80 nucleótidos de una sola vez y supuso una gran mejora con respecto a lo que se había hecho antes, pero seguía siendo muy laborioso. Sin embargo, su grupo pudo secuenciar la mayoría de los 5386 nucleótidos del bacteriófago monocatenario φX174. Este fue el primer genoma basado en ADN completamente secuenciado. Para su sorpresa, descubrieron que las regiones codificantes de algunos de los genes se superponían entre sí.

En 1977, Sanger y sus colegas introdujeron el "dideoxy" método de terminación de cadena para secuenciar moléculas de ADN, también conocido como el "método Sanger". Este fue un gran avance y permitió secuenciar con rapidez y precisión largos tramos de ADN. Le valió su segundo premio Nobel de Química en 1980, que compartió con Walter Gilbert y Paul Berg. Sanger y sus colegas utilizaron el nuevo método para secuenciar el ADN mitocondrial humano (16 569 pares de bases) y el bacteriófago λ (48 502 pares de bases). El método didesoxi finalmente se utilizó para secuenciar todo el genoma humano.

Estudiantes de posgrado

Durante el transcurso de su carrera, Sanger supervisó a más de diez estudiantes de doctorado, dos de los cuales también ganaron premios Nobel. Su primer estudiante graduado fue Rodney Porter, quien se unió al grupo de investigación en 1947. Más tarde, Porter compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1972 con Gerald Edelman por su trabajo sobre la estructura química de los anticuerpos. Elizabeth Blackburn estudió un doctorado en el laboratorio de Sanger entre 1971 y 1974. Compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2009 con Carol W. Greider y Jack W. Szostak por su trabajo sobre los telómeros y la acción de la telomerasa.

Regla de Sanger

... en cualquier momento usted consigue desarrollo técnico que es dos a tres veces o más eficiente, exacto, más barato, toda una gama de experimentos se abre.

Esta regla no debe confundirse con la regla de Terence Sanger, que está relacionada con la regla de Oja.

Premios y distinciones

Desde 2015, Sanger es una de las dos únicas personas que han recibido el Premio Nobel de Química dos veces (el otro fue Karl Barry Sharpless en 2001 y 2022), y una de las cinco únicas dos veces premios Nobel: Los otros cuatro fueron Marie Curie (Física, 1903 y Química, 1911), Linus Pauling (Química, 1954 y Paz, 1962), John Bardeen (dos veces Física, 1956 y 1972) y Karl Barry Sharpless (dos veces Química, 2001 y 2022).

• Miembro electo de la Sociedad Real (FRS) en 1954
• Comandante de la Orden del Imperio Británico – 1963
• Orden de los Compañeros de Honor – 1981
• Orden del Mérito – 1986
• Miembro corresponsal de la Academia Australiana de Ciencias – 1982
• Premio William Bate Hardy – 1976
• Premio Nobel de Química – 1958, 1980
• Medalla Corday–Morgan – 1951
• Medalla Real – 1969
• Premio Internacional de la Fundación Gairdner – 1971
• Medalla Copley – 1977
• G.W. Wheland Award – 1978
• Premio Louisa Gross Horwitz de la Universidad de Columbia – 1979
• Premio Albert Lasker para Investigación Médica Básica – 1979
• Premio Asociación de Instalaciones de Recursos Biomoleculares – 1994
• Premio Golden Plate de la American Academy of Achievement – 2000
• Citación para el avance químico Premio de la División de Historia de la Química de la Sociedad Americana de Química – 2016

El Instituto Wellcome Trust Sanger (anteriormente Centro Sanger) recibe su nombre en su honor.

Vida privada

Matrimonio y familia

Sanger se casó con Margaret Joan Howe (que no debe confundirse con Margaret Sanger) en 1940. Ella murió en 2012. Tuvieron tres hijos: Robin, nacida en 1943, Peter nacido en 1946 y Sally Joan nacida en 1960. Dijo que su esposa había "contribuido a su trabajo más que nadie al brindarle un hogar pacífico y feliz".

Vida posterior

El Instituto Sanger

Sanger se retiró en 1983, a los 65 años, a su casa, 'Far Leys', en Swaffham Bulbeck, en las afueras de Cambridge.

En 1992, Wellcome Trust y el Consejo de Investigación Médica fundaron el Centro Sanger (ahora el Instituto Sanger), que lleva su nombre. El instituto se encuentra en el campus Genoma de Wellcome Trust cerca de Hinxton, a solo unas pocas millas de la casa de Sanger. Estuvo de acuerdo en que el Centro llevara su nombre cuando John Sulston, el director fundador, se lo preguntó, pero advirtió: "Más vale que sea bueno". Fue inaugurado por Sanger en persona el 4 de octubre de 1993, con una plantilla de menos de 50 personas, y pasó a desempeñar un papel de liderazgo en la secuenciación del genoma humano. El Instituto cuenta ahora con más de 900 personas y es uno de los centros de investigación genómica más grandes del mundo.

Sanger dijo que no encontró evidencia de un Dios, por lo que se volvió agnóstico. En una entrevista publicada en el periódico Times en 2000, se cita a Sanger diciendo: "Mi padre era un cuáquero comprometido y yo fui educado como tal, y para ellos la verdad es muy importante". Me alejé de esas creencias: obviamente uno está buscando la verdad, pero necesita alguna evidencia para ello. Incluso si quisiera creer en Dios, lo encontraría muy difícil. Necesitaría ver pruebas."

Rechazó la oferta de un título de caballero, ya que no deseaba que se dirigieran a él como "señor". Se le cita diciendo: 'El título de caballero te hace diferente, ¿no es así?, y yo no quiero ser diferente'. En 1986 aceptó la admisión en la Orden del Mérito, que sólo puede tener 24 miembros vivos.

En 2007, la Sociedad Bioquímica Británica recibió una subvención de Wellcome Trust para catalogar y preservar los 35 cuadernos de laboratorio en los que Sanger registró su investigación desde 1944 hasta 1983. Al informar sobre este asunto, Science señaló que Sanger, 'la persona más modesta que podrías esperar conocer', pasaba su tiempo cuidando el jardín en su casa de Cambridgeshire.

Sanger murió mientras dormía en el Addenbrooke's Hospital de Cambridge el 19 de noviembre de 2013. Como se indica en su obituario, se describió a sí mismo como "simplemente un tipo que se mete en un laboratorio", y "académicamente no brillante".

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