Как один человек сумел получить две Нобелевские премии, установить структуру и белков, и ДНК, и РНК и почему он обидел отказом Ее Величество, рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку»

Таких людей в истории Нобелевских премий всего четыре. Или два. Или вообще один – как посмотреть. Только четыре человека в истории получали Нобелевку дважды (про трех из них мы уже написали: Мария Кюри, Лайнус Полинг, Джон Бардин). Только два человека в истории получали Нобелевку дважды в одной области (вторым был физик Бардин). И только одного двукратного нобелиата знает химия. И ведь никак не скажешь, что наш герой недостоин: и расшифровка структуры белков, и расшифровка структуры ДНК и РНК стоят высшей научной награды. По-хорошему, Фред (его звали всегда так) был достоин еще пары Нобелевских премий… Но давайте обо всем по порядку.

Фредерик Сенгер

Родился 13 августа 1918 года, Рендкомб, Глостершир, Англия, Великобритания

Умер 19 ноября 2013 года, Кембридж, Кембриджшир, Англия, Великобритания

Нобелевская премия по химии 1958 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За установление структур белков, особенно инсулина (for his work on the structure of proteins, especially that of insulin)».

Нобелевская премия по химии 1980 года (1/4 премии, разделил половину премии с Уолтером Гилбертом, вторую половину получил Пол Берг). Формулировка Нобелевского комитета: «За вклад в определение основных последовательностей нуклеиновых кислот (for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids)».

Нашего героя смело можно называть ученым как минимум в третьем поколении. Его дедушка, Уильям Альберт Сенгер (1840–1883), был химиком-фармакологом. Несмотря на короткую жизнь, всего 43 года, у него и у его супруги, Энн-Мери, урожденной Хофф (1837-1913), было шестеро детей – пять мальчиков и одна девочка. Третий из пяти сыновей, Фредерик, стал медиком, получив свою степень MD в 1905 году. При этом он был очень религиозным (квакер) и вел даже миссионерскую медицинскую деятельность в Китае. Потом вернулся – из-за плохого самочувствия, женился (довольно поздно, в 40 лет), и в семье Фредерика-старшего и Сисели Крюдсон, дочери хлопкопромышленника, родилось трое детей: старший, Тео, в 1917, потом в 1918 наш герой, Фредерик-младший, а затем – сестра Мэри (в 1923). Проблем с деньгами в семье не было, поэтому дети получили лучшее, можно даже сказать, элитное образование. Сначала квакерская школа Даунс Малверн, затем школа Брайанстоун в Дорсете со свободным планом учебы. В итоге исключительно успевающий ученик в последний год обучения проторчал в школьной лаборатории вместе со своим учителем Джеффри Одишем, который помимо того, что преподавал в школе, работал в Кавендишевской лаборатории – в той самой, в которой в те же годы трудились Резерфорд, Капица и другие великие личности.

Родители успели дать своим детям образование – и ушли из жизни один за другим от онкологических заболеваний – в 1937 году отец, в 1938 – мать. В то время Фред уже учился в Кембридже. Он хотел стать врачом, но в итоге выбрал биохимию: «Мне казалось, что это был путь к действительному пониманию живой материи и к разработке более научных основ для решения многих проблем, стоящих перед медициной».

Свою PhD он защитил в 1943 году с диссертацией «Метаболизм аминокислоты лизина в организме животного».

Важное отличие Сенгера от подавляющего большинства нобелевских лауреатов того времени состояло в том, что квакерская этика привела его к пацифизму – и он добился того, чтобы в условиях второй мировой войны не идти в армию и не работать на военных.

Вместо этого он занялся изучением структуры белков. Да, к тому времени высказанная в 1902 году идея Эмиля Фишера о том, что белки состоят из аминокислот, уже была почти общепринятой. Но до конца не доказанной. Более того, тогда считалось, что белки состоят из смеси разных родственных веществ и не имеют постоянного состава.

Сенгер взялся за дело. В качестве модельного белка он использовал инсулин – просто потому, что открытое Бантингом вещество было доступно в чистом виде.

Уже в 1945 году Сенгер нашел, что 1-фтор-2,4-динитробензол (теперь его называют реактив Сенгера) надежно присоединяется к N-концу белковой молекулы (напомним, что при соединении аминокислот в пептид с одного конца цепочки остается свободной аминогруппа, и этот конец называется N-концом, с другого – карбоксильная группа, которую называют C-концом). Дальше получилось вот что: связывая N-конец своим реактивом, Сенгер гидролизовал большую молекулу белка на короткие полипептиды, затем разделял их методом хроматографии, затем повторял процедуру снова и снова – и в итоге сумел показать, что инсулин:

• имеет определенную формулу и представляет собой одно-единственное вещество,
• имеет четкую последовательность аминокислот,
• состоит из двух полипептидных цепочек, соединенных дисульфидными мостиками.

Так был закрыт вопрос о том, что такое белки – и открыта дорога к установлению связи белков и ДНК, в чем немало помогла дружба Фреда Сенгера с Френсисом Криком.

Работа по расшифровке инсулина принесла Сенгеру первую Нобелевскую премию – 1958 года. «Установление структуры инсулина, безусловно, открывает путь к исследованию других белков, – сказал Фред в своей первой Нобелевской лекции. – Можно также надеяться, что изучение белков поможет выявить изменения, которые происходят в организме во время болезни, и что наши усилия могут принести человечеству большую практическую пользу».

Дальше настал черед носителей генетической информации, нуклеиновых кислот. Первой молекулой, на которую нацелился Сенгер с коллегами, стала тРНК, небольшая транспортная РНК, которая «подает» аминокислоты к месту синтеза белка. Однако эту гонку в 1964 году он проиграл Роберту Холли из Корнелла, который получил свою Нобелевскую премию в 1968 году.

Зато в 1975 году, совместно с Аланом Коулсоном, он опубликовал методику секвенирования с использованием ДНК-полимеразы и радиоактивно меченых нуклеотидов, которую он назвал техникой «Плюс и минус». Эта техника позволила ему расшифровать последовательность бактериофага лямбда, затем – человеческой митохондриальной ДНК, а затем метод Сенгера лег в основу расшифровки всего ядерного генома человека. Так наш герой еще и смог показать, что митохондриальная ДНК человека отличается от основного носителя генетической информации. Неудивительно, что такому человеку дали и второго «Нобеля» – уже не лично, правда, а в компании с Уолтером Гилбертом и Полом Бергом (о котором мы уже написали).

Вскоре после второй Нобелевской премии, в 1983 году, Сенгер вышел в отставку и прожил еще тридцать лет, проводя досуг в уединении, занимаясь садом и парусным спортом. В некрологе, посвященном смерти 95-летнего ученого, говорилось, что он считал себя «просто парнем, который возился в лаборатории». Неудивительно для человека, который сумел сказать «нет» королеве Британии. Когда Елизавета II захотела посвятить его в рыцари, он ответил: «Рыцарское звание делает тебя особенным, не так ли? Но я не хочу быть особенным». Ему не хотелось, чтобы к нему обращались «сэр Фредерик», он всю жизнь предпочитал «Фред».