基因組學之父

魏甜子

2013年8月19日，唯一一位兩次獲得諾貝爾化學獎的生物化學家弗雷德里克·桑格在劍橋的艾登布洛克醫院于睡夢中去世，享年95歲。弗雷德里克·桑格于1958年因為對胰島素的研究及1980年對DNA測序的貢獻，兩次獲得諾貝爾化學獎。桑格被譽為“基因組學之父”，是現代基因組學和生物醫學的先驅。

兩度輝煌的學術生涯

弗雷德里克·桑格于1918年8月13日出生于英國格洛斯特郡的一個小鎮。父親老桑格是一位全科醫師，也是一個熱忱的博物學者，對所有的現代科學和醫學思想都有興趣。

桑格最初計劃學習醫學，但是在進入大學之前，他漸漸覺得自己更適合一個可以將活動和興趣集中于某一目標的職業，一個解決問題的職業。最終，桑格決定學習自然科學。桑格對生物化學最初的接觸，主要是通過劍橋大學生物化學系里那些年輕并且充滿活力的師生。對桑格來說，從生物化學里可以找到理解生命物質的方式，還可以通過生物化學的方法認識與解決許多醫學問題。

桑格有著和平主義者的理念，在戰爭期間拒服兵役，繼續攻讀博士學位。他在生物化學系跟隨紐伯格做研究，研究賴氨酸代謝和馬鈴薯氮素的實際應用。在桑格看來，紐伯格是第一個教他怎么做研究的人。1943年，吉布納爾繼任劍橋生物化學系的教授職位。由于個性和志趣相似，吉布納爾邀請桑格加入了他的研究小組，對胰島素進行化學分析。當時新的蛋白質分離、提純技術發展迅速，桑格通過研究，找到“2，4-二硝基氟苯”試劑（DNFB，后人以他的名字將其命名為桑格試劑），給蛋白質一端的氨基酸著色、切割，然后用紙色層分離法測定氨基酸，最終推斷出胰島素的完整序列。正因為通過這種方法測定了胰島素的一級結構，他獲得了1958年的諾貝爾化學獎。這是人類歷史上第一次完整地描述出一個蛋白質大分子中氨基酸的順序。桑格多次表示過，第一次獲獎對他之后的學術生涯有著重要的激勵作用。這次獲獎給了他更多自信和熱情，支持他繼續以自己喜歡的方式進行科學研究。

1951年起，桑格成為英國醫學研究理事會的成員。20世紀50年代中期，卡文迪許實驗室的核酸研究者們對桑格的蛋白質測序工作產生了興趣，DNA雙螺族結構發現者克里克認為桑格的研究有助于他們對基因序列的研究。于是，桑格與克里克等人開始了進一步的合作。20世紀60年代初，他開始著手與RNA（與DNA相關的一種遺傳物質）有關的實驗。1962年，桑格加入了新成立的英國醫學研究理事會分子生物學實驗室，他很快就對核酸產生了興趣。從研究蛋白質轉向核酸，看起來像是一個大的變動，但對于“測序”基本問題的關注是相同的。桑格認為選擇“測序”作為自己的研究中心，一方面是因為它的內在魅力；另一方面是因為他有一個信念，那就是有關序列的知識能夠貢獻于人類對生命物質的理解。在轉向核酸研究之后，桑格首先發現了一種測定RNA序列的微量32P標記寡核苷酸法。在研究DNA序列分析過程中，桑格又發明了許多測定DNA序列的快速而簡便的方法，如DNA序列分析的加減測序法和雙脫氧鏈末端終止法等。1977年，桑格和同事們完成了對含有5375個核苷酸的噬菌體DNA序列的測定。之后他們又完成了對人類線粒體DNA序列和λ噬菌體DNA序列的測定。正因為對核酸基本序列測定所作出的貢獻，桑格和另一位獨立發展出DNA測序方法的科學家吉爾伯特共同分享了1980年的諾貝爾化學獎。吉爾伯特的測序方法在20世紀80年代末期大尺度測序工程興起之后，就不再使用。

桑格測序DNA的方法直至今日仍被人們使用，為之后人類基因組計劃龐大的測序活動奠定了基礎。1993年，劍橋的一所以桑格冠名的研究所成立，這家研究所在人類基因組計劃中起到了重要作用。

桑格的中國緣

桑格的中國緣始于父輩。他的父親老弗雷德里克·桑格曾跟隨英國圣公差會來到中國，加入了他們在福建莆田的興化圣教醫院。在中國期間，他對教育的強烈興趣還促使他建立了一所男子學校。在中國服務6年之后，因為身體狀況不佳，返回英國。

當然，桑格和中國的緣分并不止于此。新中國成立后，中國科學界第一個能夠躋身世界領先水平的基礎理論研究——人工合成牛胰島素就和他的研究工作密不可分。領導這項研究工作的是中國生物化學奠基人之一王應睞，他曾在劍橋大學生物化學系讀博士，在劍橋時就與桑格相識。王應睞于1958年擔任新成立的中國科學院（上海）生物化學研究所所長，這一年也正值桑格因為胰島素的測序工作獲得諾貝爾化學獎。當時的中國科學技術界，普遍有趕超世界先進水平的強烈愿望，生化所也提出了要人工合成一個蛋白質的想法。由于桑格的研究，胰島素成為了當時唯一一個已知一級序列的蛋白質，所以中國研究人員便選擇胰島素作為人工合成蛋白質的對象。1965年9月17日，中科院生化所的研究協作組終于成功地實現了人工合成具有天然生物活力的蛋白質——結晶牛胰島素。中國研究者成功合成胰島素，對桑格之前的工作起了驗證作用，推翻了可能存在的質疑。

除了桑格對中國生物化學界產生了重要影響，也有中國學者參與了桑格的研究工作，并做出貢獻。1979年，王應睞把生化所的中國學者洪國藩介紹給桑格，投入到了λ噬菌體基因組的測定工作。1982年，這個小組最終測定了λ噬菌體60個基因、48，500個核苷酸的順序。這是桑格的重要工作之一，是當時測序的最大基因組，也是核酸研究方面里程碑性質的工作。

桑格為人謙遜，從踏入學術生涯直至退休，在實驗室花去了大部分時間。即使是在獲得諾貝爾獎之后，他仍堅持自己操作許多實驗，而不是像典型的現代實驗室那樣，把實驗任務分配給低級別研究者。談及兩次獲得諾貝爾獎，桑格依然低調表示：“第一次獲獎十分困難，但如果你已經拿到一個獎，你就更容易獲得工作所需設備，能夠吸引優秀的合作者，一切都變得簡單了。”

【責任編輯】張小萌endprint