基因组学之父

魏甜子

2013年8月19日，唯一一位两次获得诺贝尔化学奖的生物化学家弗雷德里克·桑格在剑桥的艾登布洛克医院于睡梦中去世，享年95岁。弗雷德里克·桑格于1958年因为对胰岛素的研究及1980年对DNA测序的贡献，两次获得诺贝尔化学奖。桑格被誉为“基因组学之父”，是现代基因组学和生物医学的先驱。

两度辉煌的学术生涯

弗雷德里克·桑格于1918年8月13日出生于英国格洛斯特郡的一个小镇。父亲老桑格是一位全科医师，也是一个热忱的博物学者，对所有的现代科学和医学思想都有兴趣。

桑格最初计划学习医学，但是在进入大学之前，他渐渐觉得自己更适合一个可以将活动和兴趣集中于某一目标的职业，一个解决问题的职业。最终，桑格决定学习自然科学。桑格对生物化学最初的接触，主要是通过剑桥大学生物化学系里那些年轻并且充满活力的师生。对桑格来说，从生物化学里可以找到理解生命物质的方式，还可以通过生物化学的方法认识与解决许多医学问题。

桑格有着和平主义者的理念，在战争期间拒服兵役，继续攻读博士学位。他在生物化学系跟随纽伯格做研究，研究赖氨酸代谢和马铃薯氮素的实际应用。在桑格看来，纽伯格是第一个教他怎么做研究的人。1943年，吉布纳尔继任剑桥生物化学系的教授职位。由于个性和志趣相似，吉布纳尔邀请桑格加入了他的研究小组，对胰岛素进行化学分析。当时新的蛋白质分离、提纯技术发展迅速，桑格通过研究，找到“2，4-二硝基氟苯”试剂（DNFB，后人以他的名字将其命名为桑格试剂），给蛋白质一端的氨基酸着色、切割，然后用纸色层分离法测定氨基酸，最终推断出胰岛素的完整序列。正因为通过这种方法测定了胰岛素的一级结构，他获得了1958年的诺贝尔化学奖。这是人类历史上第一次完整地描述出一个蛋白质大分子中氨基酸的顺序。桑格多次表示过，第一次获奖对他之后的学术生涯有着重要的激励作用。这次获奖给了他更多自信和热情，支持他继续以自己喜欢的方式进行科学研究。

1951年起，桑格成为英国医学研究理事会的成员。20世纪50年代中期，卡文迪许实验室的核酸研究者们对桑格的蛋白质测序工作产生了兴趣，DNA双螺族结构发现者克里克认为桑格的研究有助于他们对基因序列的研究。于是，桑格与克里克等人开始了进一步的合作。20世纪60年代初，他开始着手与RNA（与DNA相关的一种遗传物质）有关的实验。1962年，桑格加入了新成立的英国医学研究理事会分子生物学实验室，他很快就对核酸产生了兴趣。从研究蛋白质转向核酸，看起来像是一个大的变动，但对于“测序”基本问题的关注是相同的。桑格认为选择“测序”作为自己的研究中心，一方面是因为它的内在魅力；另一方面是因为他有一个信念，那就是有关序列的知识能够贡献于人类对生命物质的理解。在转向核酸研究之后，桑格首先发现了一种测定RNA序列的微量32P标记寡核苷酸法。在研究DNA序列分析过程中，桑格又发明了许多测定DNA序列的快速而简便的方法，如DNA序列分析的加减测序法和双脱氧链末端终止法等。1977年，桑格和同事们完成了对含有5375个核苷酸的噬菌体DNA序列的测定。之后他们又完成了对人类线粒体DNA序列和λ噬菌体DNA序列的测定。正因为对核酸基本序列测定所作出的贡献，桑格和另一位独立发展出DNA测序方法的科学家吉尔伯特共同分享了1980年的诺贝尔化学奖。吉尔伯特的测序方法在20世纪80年代末期大尺度测序工程兴起之后，就不再使用。

桑格测序DNA的方法直至今日仍被人们使用，为之后人类基因组计划庞大的测序活动奠定了基础。1993年，剑桥的一所以桑格冠名的研究所成立，这家研究所在人类基因组计划中起到了重要作用。

桑格的中国缘

桑格的中国缘始于父辈。他的父亲老弗雷德里克·桑格曾跟随英国圣公差会来到中国，加入了他们在福建莆田的兴化圣教医院。在中国期间，他对教育的强烈兴趣还促使他建立了一所男子学校。在中国服务6年之后，因为身体状况不佳，返回英国。

当然，桑格和中国的缘分并不止于此。新中国成立后，中国科学界第一个能够跻身世界领先水平的基础理论研究——人工合成牛胰岛素就和他的研究工作密不可分。领导这项研究工作的是中国生物化学奠基人之一王应睐，他曾在剑桥大学生物化学系读博士，在剑桥时就与桑格相识。王应睐于1958年担任新成立的中国科学院（上海）生物化学研究所所长，这一年也正值桑格因为胰岛素的测序工作获得诺贝尔化学奖。当时的中国科学技术界，普遍有赶超世界先进水平的强烈愿望，生化所也提出了要人工合成一个蛋白质的想法。由于桑格的研究，胰岛素成为了当时唯一一个已知一级序列的蛋白质，所以中国研究人员便选择胰岛素作为人工合成蛋白质的对象。1965年9月17日，中科院生化所的研究协作组终于成功地实现了人工合成具有天然生物活力的蛋白质——结晶牛胰岛素。中国研究者成功合成胰岛素，对桑格之前的工作起了验证作用，推翻了可能存在的质疑。

除了桑格对中国生物化学界产生了重要影响，也有中国学者参与了桑格的研究工作，并做出贡献。1979年，王应睐把生化所的中国学者洪国藩介绍给桑格，投入到了λ噬菌体基因组的测定工作。1982年，这个小组最终测定了λ噬菌体60个基因、48，500个核苷酸的顺序。这是桑格的重要工作之一，是当时测序的最大基因组，也是核酸研究方面里程碑性质的工作。

桑格为人谦逊，从踏入学术生涯直至退休，在实验室花去了大部分时间。即使是在获得诺贝尔奖之后，他仍坚持自己操作许多实验，而不是像典型的现代实验室那样，把实验任务分配给低级别研究者。谈及两次获得诺贝尔奖，桑格依然低调表示：“第一次获奖十分困难，但如果你已经拿到一个奖，你就更容易获得工作所需设备，能够吸引优秀的合作者，一切都变得简单了。”

【责任编辑】张小萌endprint