เฟรเดอริก แซงเจอร์ นักชีวเคมี 2 รางวัลโนเบลผู้ค้นพบโครงสร้างโปรตีนอินซูลิน

เฟรเดอริก แซงเจอร์ (Frederick Sanger) นักชีวเคมีคนเดียวในประวัติศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี 2 ครั้งจากผลงานการค้นพบโครงสร้างของโปรตีนอินซูลินและผลงานการค้นพบวิธีหาลำดับเบสของ DNA ที่เรียกว่า “Sanger method” ซึ่งสามารถเรียงลำดับเบสของ DNA สายยาวๆได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ แซงเจอร์ประสบความสำเร็จทั้งในฐานะนักวิจัยที่ได้รับรางวัลโนเบลถึง 2 ครั้งและในฐานะอาจารย์ที่ปรึกษาของนักศึกษาปริญญาเอกที่ลูกศิษย์ของเขาได้รับรางวัลโนเบลถึง 2 คน เขาจึงได้รับการยกย่องและมอบรางวัลเกียรติยศให้มากมายแต่นักชีวเคมีผู้นี้ชอบใช้ชีวิตอย่างสุขสงบไม่ต้องการให้ตัวเองโดดเด่นมากเกินไป เขาจึงปฏิเสธที่จะรับตำแหน่งอัศวินอันถือเป็นเกียรติยศสูงสุดเพียงเพราะว่าไม่อยากให้ผู้คนเรียกเขาว่าท่านเซอร์

 
เลือกเรียนชีวเคมีเพราะหัวปานกลาง

frederick-sanger-02

เฟรเดอริก แซงเจอร์ เป็นชาวอังกฤษ เกิดเมื่อปี 1918 ที่หมู่บ้าน Rendcomb ในเมือง Gloucestershire ทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศอังกฤษ เขาเป็นลูกคนกลางจากทั้งหมด 3 คนของนายแพทย์ที่เคยไปทำงานเป็นแพทย์มิสชันนารีในประเทศจีน ส่วนแม่เป็นลูกสาวของผู้ผลิตฝ้ายที่ร่ำรวยครอบครัวพวกเขาจึงมีฐานะดีพอสมควร ตอนเป็นเด็กเล็กเขาเรียนหนังสือกับพี่เลี้ยงเด็กจนอายุ 9 ปีจึงไปเข้าโรงเรียนประจำ วัยเด็กแซงเจอร์ชอบวาดรูปและงานช่างไม้แต่พอเข้าเรียนชั้นมัธยมเขาเริ่มสนใจวิชาวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะในช่วงปีสุดท้ายเขาได้ใช้เวลาส่วนใหญ่ขลุกอยู่ในห้องทดลองกับอาจารย์วิชาเคมีทำให้เขารู้ว่าควรจะเลือกอนาคตของตัวเองไปทางไหน

ปี 1936 แซงเจอร์เข้าเรียนที่วิทยาลัยเซนต์จอห์นในสังกัดมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ ปีแรกเขาลงเรียนวิชาฟิสิกส์ เคมี ชีวเคมี และคณิตศาสตร์ เขาพบว่าไปไม่รอดในวิชาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ซึ่งอาจเป็นเพราะตอนมัธยมเรียนมาน้อยหรือไม่ก็เขาก็คงมีสมองแค่ระดับปานกลาง ดังนั้นเขาจึงเลือกเรียนทางชีวเคมีซึ่งเป็นวิชาที่เขาถนัดกว่าและเขาก็ทำได้ดีเยี่ยมเรียนจบด้วยเกียรตินิยมอันดับ 1 ระหว่างเรียนสองปีแรกแซงเจอร์ต้องสูญเสียทั้งพ่อและแม่ที่จากไปด้วยโรคมะเร็งทั้งคู่ ยังดีที่พวกเขาได้ทิ้งมรดกไว้มากพอที่เขาจะส่งเสียตัวเองเรียนจนจบ

ในปีสุดท้ายแซงเจอร์ได้พบรักกับ Joan Howe นักศึกษาเศรษฐศาสตร์มหาวิทยาลัยเดียวกัน ทั้งสองได้แต่งงานกันหลังเรียนจบในปี 1940 หลังจากลงเรียนคอร์สพิเศษวิชาชีวเคมีอยู่ปีหนึ่งแซงเจอร์ก็เข้าเรียนต่อระดับปริญญาเอกในสาขาชีวเคมีที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ตอนแรกเขาทำวิจัยเรื่องการตรวจสอบว่าสามารถหาโปรตีนที่กินได้จากหญ้าได้หรือไม่ แต่พอต้องเปลี่ยนอาจารย์ที่ปรึกษาเนื่องจากคนเดิมลาออกไปเขาได้เปลี่ยนเรื่องวิจัยเป็นเรื่องการเผาผลาญของกรดอะมิโนไลซีนในร่างกายสัตว์แทน และเขาเรียนจบปริญญาเอกในปี 1943

 
ไขปริศนาโครงสร้างโปรตีนอินซูลิน

frederick-sanger-03

เมื่อจบการศึกษาแล้วแซงเจอร์ได้เป็นนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ เขาเข้าร่วมทีมกับกลุ่มนักวิจัยที่นำโดยนักเคมี Charles Chibnall ซึ่งเพิ่งเข้ามาเป็นหัวหน้าแผนกชีวเคมีของมหาวิทยาลัย Chibnall ซึ่งเคยทำวิจัยเกี่ยวกับองค์ประกอบของกรดอะมิโนของอินซูลินมาบ้างแล้วได้แนะนำเขาให้ศึกษาเรื่องนี้ดู อินซูลินเป็นโปรตีนฮอร์โมนที่หลั่งจากตับอ่อนและเป็นที่สนใจในวงการวิทยาศาสตร์มากเนื่องจากถูกค้นพบเมื่อปี 1920 ว่าอาจสามารถใช้ในการรักษาโรคเบาหวานได้ แซงเจอร์ใช้ความรู้ทางเคมีและเทคนิคโครมาโทกราฟีพัฒนาวิธีการอ่านลำดับกรดอะมิโนของอินซูลินได้อย่างแม่นยำ จนในที่สุดเขาก็พบว่าโครงสร้างของอินซูลินเป็นสายของกรดอะมิโนสองสายที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์

แซงเจอร์สามารถสรุปโครงสร้างที่สมบูรณ์ของอินซูลินได้ในปี 1954 ซึ่งเป็นครั้งแรกที่มีการจัดลำดับโปรตีนได้สำเร็จอันถือเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญในทางชีวเคมี การค้นพบของเขายังมีส่วนสำคัญอย่างยิ่งต่อสมมติฐานของ Francis Crick ในการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับการใช้รหัสดีเอ็นเอในเวลาต่อมา จากผลงานการไขปริศนาโครงสร้างโปรตีนของอินซูลินนี้เองทำให้แซงเจอร์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1958 เพียงแค่ 3 ปีหลังจากที่เขาตีพิมพ์ผลงานซึ่งถือว่าเร็วมากเพราะตามปกติมักจะต้องรอกันเป็นทศวรรษ

 
ค้นคว้าพัฒนาวิธีหาลำดับเบส RNA

frederick-sanger-04

นับจากปี 1953 แซงเจอร์ได้เป็นสมาชิกของสถาบัน Medical Research Council (MRC) อันเป็นหน่วยงานวิจัยด้านการแพทย์ในมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ในปี 1962 สถาบัน MRC ได้สร้างห้องทดลองทันสมัยแห่งใหม่เรียกว่า Laboratory of Molecular Biology (LMB) แซงเจอร์จึงย้ายจากแผนกชีวเคมีมาทำงานอยู่ที่นี่ในตำแหน่งหัวหน้าแผนกเคมีโปรตีน มีนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำย้ายมาทำงานวิจัยที่ LMB อย่างคับคั่งได้แก่ Max Perutz, John Kendrew และ Francis Crick เป็นต้น และในปี 1962 ทั้งสามคนนี้ก็ได้รับรางวัลโนเบลพร้อมกัน สองคนแรกได้รับในสาขาเคมีร่วมกัน ส่วน Crick ได้รับในสาขาการแพทย์ในผลงานการค้นพบ DNA ร่วมกับ James Watson และ Maurice Wilkins

แซงเจอร์ได้เริ่มศึกษาความเป็นไปได้และเริ่มพัฒนาเทคนิคในการจัดลำดับโมเลกุล RNA ตั้งแต่ก่อนย้ายมาที่ LMB โดยอาศัยพื้นฐานจากเทคนิคที่เขาใช้ศึกษาอินซูลิน แต่โมเลกุลของกรดไรโบนิวคลีอิกหรือ RNA นี้มีขนาดใหญ่กว่าโปรตีนมากและมีหลายอย่างแตกต่างกันจึงต้องพัฒนาเทคนิคใหม่ในการไข ปริศนา แซงเจอร์ได้พัฒนาวิธีอิเล็กโทรโฟรีซิสแบบสองมิติสำหรับการจัดลำดับ RNA ความพยายามของแซงเจอร์มาประสบผลในปี 1967 เมื่อเขาสามารถจัดลำดับเบส RNA ที่มี 120 นิวคลีโอไทด์ได้สำเร็จ เพียงแต่เขาไม่ได้ทำสำเร็จเป็นคนแรกเพราะก่อนหน้านั้นทีมวิจัยที่นำโดย Robert Holley ทำสำเร็จไปก่อนในปี 1965

 
ไปให้สุดทางด้วยการหาลำดับเบส DNA


frederick-sanger-05

แซงเจอร์เดินหน้าทำงานวิจัยของเขาต่อด้วยการหาลำดับเบสของ DNA ซึ่งไม่อาจใช้วิธีการแบบเดิมได้เนื่องจากขนาดโมเลกุลที่ใหญ่โตของ DNA และการขาดเอนไซม์ที่เหมาะสมในการแยก DNA ออกเป็นชิ้นเล็กๆจำเป็นต้องพัฒนาเทคนิคใหม่ ปี 1975 แซงเจอร์และ Alan Coulson เพื่อนร่วมงานชาวอังกฤษได้พัฒนาวิธีสำหรับการหาลำดับ DNA อย่างรวดเร็วเรียกว่าเทคนิคบวกและลบ (Plus and Minus technique) และต่อมาเขาก็สามารถจัดลำดับ DNA ของไวรัส Bacteriophages ได้สำเร็จซึ่งเป็นจีโนมตัวแรกที่ถูกจัดลำดับ DNA อย่างสมบูรณ์

ปี 1977 แซงเจอร์ได้พัฒนาเทคนิค dideoxy-chain termination สำหรับการหาลำดับเบส DNA ขึ้นมาซึ่งต่อมาถูกเรียกว่า “Sanger method” เทคนิคนี้สามารถเรียงลำดับเบสของ DNA สายยาวๆได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ ถือเป็นความสำเร็จยิ่งใหญ่และส่งผลให้วิทยาการในแขนงนี้ก้าวหน้าไปอย่างมาก เทคนิคใหม่ของแซงเจอร์ถูกใช้ในการจัดลำดับ DNA ไมโตคอนเดรียของมนุษย์ (16,569 คู่เบส) และไวรัส Bacteriophages λ (48,502 คู่เบส) รวมทั้งถูกนำมาใช้เพื่อจัดลำดับจีโนมของมนุษย์ทั้งหมด และยังคงเป็นวิธีที่นิยมใช้ในการจัดลำดับ DNA มากที่สุดจนถึงปัจจุบัน

 
เจ้าของ 2 รางวัลโนเบลเคมีหนึ่งเดียว

frederick-sanger-06

จากผลงานอันยอดเยี่ยมของแซงเจอร์ในการพัฒนาเทคนิคสำหรับการหาลำดับเบส DNA ทำให้ในปี 1980 เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีอีกครั้งเป็นคำรบสองร่วมกับ Walter Gilbert และ Paul Berg ส่งผลให้เขากลายเป็นบุคคลเดียวในประวัติศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี 2 ครั้ง และเป็นคนที่สี่ในประวัติศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบล 2 ครั้งต่อจาก Marie Curie (ฟิสิกส์และเคมี), Linus Pauling (เคมีและสันติภาพ) และ John Bardeen (ฟิสิกส์ 2 ครั้ง)

แซงเจอร์นอกจากจะประสบความสำเร็จสูงสุดในฐานะนักวิจัยที่ได้รับรางวัลโนเบลถึง 2 ครั้งแล้ว เขายังประสบความสำเร็จอย่างสูงในฐานะอาจารย์ที่ปรึกษาของนักศึกษาปริญญาเอกอีกด้วย ในบรรดาลูกศิษย์ของเขาที่มีมากกว่า 10 คนมีถึง 2 คนที่ได้รับรางวัลโนเบลได้แก่ Rodney Porter (สาขาการแพทย์) และ Elizabeth Blackburn (สาขาการแพทย์) ดังนั้นเขาจึงได้รับรางวัลเกียรติยศอื่นๆอีกมากมายนอกเหนือจากรางวัลโนเบล รวมทั้งการนำชื่อของเขาไปตั้งเป็นชื่อสถาบันวิจัย The Sanger Institute (ปัจจุบันชื่อ Wellcome Sanger Institute) ซึ่งเป็นหนึ่งในศูนย์วิจัยจีโนมที่ใหญ่ที่สุดในโลก

 
นักชีวเคมีรักสงบผู้ปฏิเสธตำแหน่งอัศวิน

frederick-sanger-07

แซงเจอร์เกษียณอายุในปี 1983 ขณะมีอายุ 65 ปี จากนั้นเขาก็ใช้ชีวิตอย่างเรียบง่ายที่บ้านของเขานอกเมืองเคมบริดจ์กับภรรยาที่มีลูกด้วยกัน 3 คน ด้วยความที่เขาชอบใช้ชีวิตอย่างสุขสงบไม่ต้องการให้ตัวเองโดดเด่นมากเกินไป เขาจึงปฏิเสธที่จะรับตำแหน่งอัศวินที่มอบให้โดยราชสำนักอังกฤษอันถือเป็นเกียรติยศสูงสุดเพียงเพราะว่าไม่อยากให้ผู้คนเรียกเขาว่าท่านเซอร์ซึ่งเขาคิดว่ามันทำให้เขาต่างจากคนอื่น อย่างไรก็ดีในปี 1986 เขาได้รับเครื่องอิสริยาภรณ์ Order of Merit ของเครือจักรภพซึ่งมอบให้แก่ผู้ที่มีผลงานโดดเด่นซึ่งยังมีชีวิตไม่เกิน 24 คนเท่านั้น

แซงเจอร์เสียชีวิตที่โรงพยาบาลในเมืองเคมบริดจ์ในปี 2013 ด้วยวัย 93 ปี เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่อีกคนหนึ่งของโลก จากเด็กหนุ่มที่คิดว่าตัวเองมีสมองระดับปานกลางแต่กลับประสบความสำเร็จอย่างสูงในฐานะนักชีวเคมีคนสำคัญของโลก เขาอธิบายตัวเขาเองว่า “เป็นแค่คนที่ยุ่งอยู่ในห้องทดลอง”แต่ “ไม่เก่งทางวิชาการ”

frederick-sanger-08

 

ข้อมูลและภาพจาก wikipedia, britannica, nature


Leave a Reply

Your email address will not be published.