프레더릭 생어
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1. 개요
프레더릭 생어는 1918년 영국에서 태어난 생화학자이다. 그는 단백질과 DNA의 염기 서열을 분석하는 획기적인 방법을 개발하여 두 번의 노벨 화학상을 수상했다. 생어는 인슐린의 아미노산 서열을 최초로 규명했으며, DNA 염기 서열 분석을 위한 "디데옥시" 연쇄 종결법(생어법)을 개발하여 유전체학 발전에 크게 기여했다. 웰컴 트러스트 생어 연구소는 그의 업적을 기리기 위해 설립되었다.
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| 프레더릭 생어 - [인물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 이름 | 프레더릭 생어 |
| 원어 이름 | Frederick Sanger |
| 출생일 | 1918년 8월 13일 |
| 출생지 | 잉글랜드 글로스터셔주 렌드콤 |
| 사망일 | 2013년 11월 19일 (95세) |
| 사망지 | 영국 케임브리지셔주 케임브리지 |
| 국적 | 영국 |
| 로마자 표기 | Peu-re-de-rik Saeng-eo |
| 분야 | 생화학 |
| 소속 | 케임브리지 대학교 분자생물학 연구소 |
| 출신 대학 | 세인트존스 칼리지 |
| 학위 | 학사 (BA) 박사 (PhD) |
| 박사 학위 논문 제목 | 동물의 몸에서 아미노산 라이신의 대사 |
| 박사 학위 논문 URL | 박사 학위 논문 |
| 박사 학위 취득 년도 | 1943년 |
| 지도 교수 | 앨버트 노이버거 |
| 지도 학생 | 엘리자베스 블랙번 로드니 로버트 포터 |
| 배우자 | 마거릿 조앤 하우 |
| 업적 | |
| 주요 업적 | 단백질 1차 구조와 인슐린 생어 염기서열 분석 |
| 알려진 업적 | 인슐린의 아미노산 서열 결정 생어 염기서열 분석 생어 센터 |
| 수상 | |
| 수상 내역 | FRS (1954년) 노벨 화학상 (1958년, 1980년) 로열 메달 (1969년) 가드너 재단 국제상 (1971년, 1979년) 윌리엄 베이트 하디 상 (1976년) 코플리 메달 (1977년) 루이자 그로스 호르위츠상 (1979년) OM CH CBE FAA |
| 기타 정보 | |
| 노벨상 수상 년도 | 1958년, 1980년 |
2. 초기 생애와 교육
프레더릭 생어는 1918년 8월 13일 잉글랜드 글로스터셔주의 작은 마을 렌드컴에서 외과 의사였던 아버지 프레더릭 생어와 어머니 시실리 생어 사이의 둘째 아들로 태어났다. 위로는 형 테오도어가, 아래로는 여동생 메이가 있었다.[6][7] 그의 아버지는 중국에서 의료 선교사로 일하다 건강 문제로 귀국한 후 퀘이커교로 개종하여 자녀들을 퀘이커교 신앙으로 키웠다. 어머니는 부유한 면직물 제조업자의 딸로 퀘이커교 배경을 가졌지만 퀘이커교 신자는 아니었다.[7]
최초로 유전체를 해석한 이후, 생어는 자신이 해석한 모든 유전자들의 총합인 유전체가 실제로 세포 내에서 모두 단백질로 발현되는지 궁금해했다. 그래서 옥스포드대 출신의 존 E. 워커를 채용하여, 세포를 깨고 단백질을 여러 가지 방법으로 동정하는 작업을 시작했다. 이것이 최초의 단백체학이다. 존 E. 워커는 이후 세포 내에서 가장 중요한 미토콘드리아 단백질들을 많이 밝혀내고 1997년에 F1 ATPase 구조 해석으로 노벨 화학상을 받았다. 하지만 생어가 알고자 했던 모든 단백질들의 발현인 단백체는 아직도 정확히 밝혀지지 않았다.
생어는 다섯 살 때 가족과 함께 워릭셔주의 탠워스인아든으로 이사했다. 가족은 부유했고, 가정교사를 고용하여 아이들을 교육했다. 아홉 살에 생어는 몰번 근처의 퀘이커교 기숙 학교인 다운스 스쿨에 입학했고, 14세에는 도싯에 있는 브라이언스턴 스쿨로 옮겼다. 브라이언스턴 스쿨은 달튼 플랜을 사용하는 자유로운 분위기였으며, 생어는 과학 과목을 특히 좋아했다.[7] 그는 학교 수료증을 1년 빨리 취득하고, 마지막 학년은 케임브리지 대학교 출신 화학 선생님 제프리 오디시와 함께 실험실에서 보냈다. 오디시와의 경험은 생어가 과학자의 길을 걷도록 이끌었다.[8] 1935년, 생어는 교환 학생으로 독일 슐레 슐로스 살렘 학교에 다녔는데, 그곳에서 나치즘을 경험하고 충격을 받았다.[9]
1936년, 생어는 케임브리지 대학교 세인트 존스 칼리지에 입학하여 자연 과학을 공부했다. 아버지도 같은 대학 출신이었다. 1학년 때 물리학과 수학에 어려움을 겪어 2학년 때 생리학으로 전공을 바꿨다. 3년 후, 생화학 2부 과정을 1등급 우등으로 졸업했다. 생화학과는 고울랜드 호프킨스가 설립한 신설 학과로, 맬컴 딕슨, 조셉 니덤 등 열정적인 교수진이 있었다.[7]
케임브리지 재학 중 부모님이 모두 암으로 돌아가셨다. 생어는 퀘이커교 신앙의 영향으로 평화주의자가 되었고, 평화 서약 연맹 회원이었다. 케임브리지 과학자 반전 그룹에서 활동하며 미래의 아내 조앤 하우를 만났고, 1940년 졸업 후 결혼했다. 그는 양심적 병역 거부자로 등록되어 무조건 병역 면제를 받았다. 대신 사회 구호 훈련을 받고 병원 보조원으로 일했다.[7]
생어는 1940년 10월 N.W. "빌" 파이리의 지도로 박사 과정을 시작했으나, 파이리가 떠난 후 앨버트 노이베르거가 지도 교수가 되었다. 그는 라이신 대사[11]와 감자의 질소 관련 문제를 연구하여 1943년 박사 학위를 받았다.[7]
3. 연구 경력
1951년부터 생어는 영국 의학연구위원회의 외부 직원이었다.[6] 1962년 분자생물학 연구소(Laboratory of Molecular Biology)가 설립되자 대학교 생화학과의 실험실에서 새 건물 최상층으로 자리를 옮겼고, 단백질 화학 부서의 책임자가 되었다.[7]
생어는 그의 연구 경력 동안 10명이 넘는 박사 과정 학생들을 지도했으며, 그중 두 명은 노벨상을 수상했다. 1947년 연구팀에 합류한 첫 대학원생 로드니 포터(Rodney Robert Porter)는[3] 항체의 화학 구조에 대한 연구로 제럴드 에델만(Gerald Edelman)과 함께 1972년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.[32] 1971년부터 1974년까지 생어의 연구실에서 박사 학위 과정을 수행한 엘리자베스 블랙번(Elizabeth Blackburn)은[3][33] 텔로미어와 텔로머라아제의 기능에 대한 연구로 캐럴 그라이더(Carol W. Greider)와 잭 조스택(Jack W. Szostak)과 함께 2009년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.[34]
3. 1. 단백질 서열 분석
생어는 1-플루오로-2,4-디니트로벤젠(현재 생거 시약, 플루오로디니트로벤젠, FDNB 또는 DNFB로도 알려짐)을 사용하여 펩타이드의 말단 아미노기에 디니트로페닐기를 결합시키면 노란색으로 착색되는 것을 이용, 단백질의 아미노산 배열을 결정하는 방법을 확립했다.[17] 이 방법을 사용하여 인슐린의 1차 구조를 처음으로 규명하는 데 성공하여, 단백질이 아미노산이 연결된 것이라는 것을 최종적으로 확인했다. 이 공적으로 1958년 노벨 화학상을 수상했다.[19]
생어의 첫 번째 업적은 1951년과 1952년에 각각 소 인슐린의 두 폴리펩티드 사슬 A와 B의 완전한 아미노산 서열을 밝혀낸 것이었다.[15][16] 그 이전까지는 단백질이 다소 무정형이라고 널리 생각되었다. 생거는 이러한 서열을 밝힘으로써 단백질이 정의된 화학적 조성을 가지고 있음을 증명했다.[7]
이러한 결과를 얻기 위해 리처드 로렌스 밀링턴 싱과 아처 존 포터 마틴이 처음 개발한 분배 크로마토그래피 방법을 개량하여 양모 속 아미노산의 조성을 결정했다. 그는 케임브리지 대학교 화학과의 버나드 찰스 손더스가 수행한 독가스 연구에서 얻은 화학 시약 FDNB를 사용했다. FDNB는 폴리펩티드 사슬의 한쪽 끝에 있는 N-말단 아미노기를 표지하는 데 효과적이었다.[17] 그는 염산 또는 트립신과 같은 효소를 사용하여 인슐린을 짧은 펩티드로 부분 가수분해했다. 펩티드 혼합물은 한 차원에서는 전기영동으로, 다른 차원에서는 수직 방향으로 크로마토그래피를 이용하여 여과지 한 장에서 이차원적으로 분획되었다. 닌히드린으로 검출된 인슐린의 서로 다른 펩티드 조각들은 여과지 위의 서로 다른 위치로 이동하여 생거가 "지문"이라고 부른 독특한 패턴을 만들었다. N-말단의 펩티드는 FDNB 표지에 의해 부여된 노란색으로 인식할 수 있었고, 펩티드 끝에 있는 표지된 아미노산의 정체는 완전한 산 가수분해를 통해 그리고 어떤 디니트로페닐-아미노산이 있는지 확인하여 결정되었다.[7]
생거는 이러한 절차를 반복하여 초기 부분 가수분해에 사용된 다양한 방법으로 생성된 많은 펩티드의 서열을 결정했다. 그런 다음 이들을 더 긴 서열로 조립하여 인슐린의 완전한 구조를 유추할 수 있었다. 마지막으로, A와 B 사슬은 세 개의 연결 이황화 결합(두 개의 사슬 간 결합, A 사슬에 하나의 사슬 내 결합)이 없으면 생리적으로 비활성이기 때문에 생거와 동료들은 1955년에 그들의 할당을 결정했다.[18]
생거의 주요 결론은 단백질 인슐린의 두 폴리펩티드 사슬이 정확한 아미노산 서열을 가지고 있으며, 따라서 모든 단백질은 고유한 서열을 가지고 있다는 것이었다. 이 발견은 나중에 DNA가 단백질을 어떻게 암호화하는지에 대한 아이디어를 개발하는 프랜시스 크릭의 서열 가설에 매우 중요했다.[20]
3. 2. RNA 서열 분석
생어는 RNA 분자의 염기서열 분석 가능성을 탐구하기 시작했고, 특정 핵산분해효소로 생성된 리보뉴클레오타이드 조각을 분리하는 방법을 개발하기 시작했다. 이 작업은 그가 인슐린 연구 중에 개발한 염기서열 분석 기술을 개선하려고 시도하는 동안 수행되었다.[20]
이 작업의 주요 과제는 염기서열 분석을 위한 순수한 RNA 조각을 찾는 것이었다. 그 과정에서 그는 1964년 킬드 마르커(Kjeld Marcker)와 함께 박테리아에서 단백질 합성을 시작하는 포르밀메티오닌 tRNA(formylmethionine tRNA)를 발견했다.[21] 그는 코넬 대학교(Cornell University)의 로버트 홀리(Robert W. Holley)가 이끄는 연구팀에게 tRNA 분자의 염기서열을 처음으로 분석하는 경쟁에서 패했다. 홀리의 연구팀은 1965년에 ''사카로마이세스 세레비시애''(Saccharomyces cerevisiae)에서 유래한 알라닌(alanine) tRNA의 77개 리보뉴클레오타이드 염기서열을 발표했다.[22] 1967년까지 생거의 연구팀은 ''대장균''(Escherichia coli)의 5S 리보솜 RNA(5S ribosomal RNA), 즉 120개 뉴클레오타이드의 작은 RNA의 뉴클레오타이드 염기서열을 결정했다.[23]
생어는 RNA의 염기서열 결정법도 개발했는데, 이것 역시 노벨상 수준의 업적으로 평가되어, 역사상 최초로 개인이 노벨상을 세 번 수상하는 데 가장 근접한 인물이라고 평가받기도 했다.[55]
3. 3. DNA 염기서열 분석
생어는 이후 DNA 염기서열 분석 연구를 시작했다. 그는 ''대장균''(E. coli) 유래 DNA 중합효소 I을 이용하여 단일 가닥 DNA를 복제하는 여러 방법을 연구했다.[24] 1975년, 앨런 쿨슨과 함께 방사성 동위원소로 표지된 뉴클레오티드를 사용하는 DNA 중합효소를 이용한 염기서열 분석 절차인 "플러스 및 마이너스" 기법을 발표했다.[25][26] 이 방법은 정의된 3' 말단을 가진 짧은 올리고뉴클레오티드를 생성하는 두 가지 관련된 방법을 포함했다. 이들은 폴리아크릴아마이드 겔 상에서 전기영동으로 분획하고 자동방사선 사진술을 사용하여 시각화했다. 한 번에 최대 80개의 뉴클레오티드를 염기서열 분석할 수 있었지만 여전히 매우 힘든 작업이었다. 그럼에도 불구하고, 그의 연구팀은 단일 가닥 박테리오파지 φX174의 5,386개 뉴클레오티드 대부분의 염기서열을 분석하여, 최초로 완전히 염기서열이 분석된 DNA 기반 게놈을 만들었다.[27]
1977년 생어와 그의 동료들은 DNA 분자의 염기서열 분석을 위한 "디데옥시" 연쇄 종결법(생어법)을 도입했다.[26] 이는 긴 DNA 조각을 빠르고 정확하게 염기서열 분석할 수 있게 한 중대한 돌파구였다. 이 업적으로 그는 1980년 월터 길버트, 폴 버그와 함께 노벨 화학상을 수상했다.[28] 이 방법은 생어와 그의 동료들이 인간 미토콘드리아 DNA(16,569 염기쌍)[29]와 박테리오파지 λ(48,502 염기쌍)의 염기서열을 분석하는 데 사용되었고,[30] 결국 전체 인간 게놈의 염기서열 분석에 사용되었다.[31]
1979년에 컬럼비아 대학교에서 월터 길버트와 함께 루이자 그로스 호로위츠 상을 수상했다. 1980년에는 디데옥시뉴클레오티드를 이용한 DNA 염기 서열 결정법(디데옥시법, 생어법)을 발명한 공로로 다시 노벨 화학상을 수상했다. 현재까지 노벨상을 두 번 수상한 사람은 5명이며, 그중 화학상을 두 번 수상한 사람은 생어와 배리 샤플리스뿐이다.[54]
4. 생어 센터
현재 그의 이름을 따서 MRC 센터에서 파생된 생어 센터가 케임브리지에 세워져 있다. 생어 센터는 유럽생정보학연구소 (EBI)와 같은 캠퍼스에 위치한다.
1992년, 웰컴 트러스트(Wellcome Trust)와 의학연구위원회는 그를 기념하여 생어 센터(현 생어 연구소(Sanger Institute))를 설립했다.[41] 이 연구소는 힌크스턴(Hinxton) 근처 웰컴 트러스트 게놈 캠퍼스(Wellcome Trust Genome Campus)에 있으며, 생어의 자택에서 불과 몇 마일 떨어져 있다. 설립자인 존 설스턴(John Sulston)의 요청에 따라 센터 이름을 자신의 이름으로 짓는 것에 동의했지만, "훌륭해야 할 것"이라고 경고했다.[41] 1993년 10월 4일, 직원 50명 미만으로 개소한 이 연구소는 인간 게놈 서열 분석에서 주도적인 역할을 했다.[41] 2020년에는 약 900명의 직원을 보유한 세계 최대의 유전체 연구 센터 중 하나가 되었다.
5. 서훈 및 수상
| 연도 | 수상 내역 |
|---|---|
| 1951년 | 코르데이-모건 메달[3] |
| 1954년 | 왕립 학회 회원[3] |
| 1958년 | 노벨 화학상[19][28] |
| 1963년 | 대영 제국 훈장 3등급(CBE)[58][3] |
| 1969년 | 왕립 메달[3] |
| 1971년 | 가이드너 국제상[3] |
| 1976년 | 윌리엄 베이트 하디 상[3] |
| 1977년 | 코플리 메달[3] |
| 1978년 | G.W. 휠랜드 상[3] |
| 1979년 | 컬럼비아 대학교 루이자 그로스 호르위츠 상[3], 앨버트 라스커 기초의학 연구상[3] |
| 1980년 | 노벨 화학상[19][28] |
| 1981년 | 컴패니언 오브 아너(CH)[59][3] |
| 1982년 | 오스트레일리아 과학 아카데미 통신 회원[3] |
| 1986년 | 오더 오브 메리트(OM)[60][3] |
| 1994년 | 생체분자 자원 시설 협회 상[36] |
| 2000년 | 미국 업적 아카데미 골든 플레이트 상[37][38] |
| 2016년 | 미국 화학회 화학사 부문 화학적 돌파구 상[39][40] |
웰컴 트러스트 생어 연구소는 그의 이름을 따서 명명되었다.[3]
6. 개인적인 삶
생어는 1940년 마가렛 조앤 하우(미국의 피임 운동 개척자 마가렛 생어와 혼동하지 말 것)와 결혼했으며, 그녀는 2012년에 사망했다. 그들에게는 세 자녀가 있었다.
| 이름 | 출생년도 |
|---|---|
| 로빈 | 1943년 |
| 피터 | 1946년 |
| 샐리 조앤 | 1960년 |
그는 아내가 "평화롭고 행복한 가정을 제공함으로써 다른 누구보다 그의 연구에 더 많이 기여했다"고 말했다.[45]
1983년, 생어는 65세의 나이로 케임브리지 외곽 스와프햄 불벡(Swaffham Bulbeck)의 자택 "파 르 레이스(Far Leys)"로 은퇴했다.[3]
생어는 신의 존재에 대한 증거를 찾지 못해 불가지론자가 되었다.[42] 2000년 ''타임스'' 신문에 실린 인터뷰에서 그는 다음과 같이 말했다. "아버지는 헌신적인 퀘이커였고 나는 퀘이커로 자랐으며, 그들에게 진리는 매우 중요합니다. 나는 그러한 신념에서 벗어났습니다. 분명히 진실을 추구하지만, 그에 대한 어떤 증거가 필요합니다. 설령 신을 믿고 싶더라도 매우 어려울 것입니다. 증거를 보아야 할 것입니다."[43]
그는 "경(Sir)"이라는 호칭을 듣고 싶어하지 않아 기사 작위 제안을 거절했다. 그는 "기사 작위는 당신을 다르게 만들지 않습니까? 저는 다르고 싶지 않습니다."라고 말했다고 한다. 1986년에는 최대 24명의 생존 회원만을 가질 수 있는 공로훈장(Order of Merit)을 받았다.[45][42][43]
2007년, 영국 생화학회는 웰컴 트러스트(Wellcome Trust)로부터 1944년부터 1983년까지 생어가 자신의 연구를 기록한 35권의 실험실 노트를 목록화하고 보존하는 보조금을 받았다. 이 문제를 보도하면서 ''사이언스''는 생어가 "만날 수 있는 가장 겸손한 사람"이며 케임브리지셔(Cambridgeshire) 자택에서 정원 가꾸기에 시간을 보내고 있다고 언급했다.[44]
생어는 2013년 11월 19일 케임브리지(Cambridge)의 애든브룩 병원(Addenbrooke's Hospital)에서 수면 중 사망했다.[45][46] 그는 자신을 "실험실에서 좀 엉뚱한 짓을 하는 사람"이라고 묘사했으며,[47] "학문적으로 뛰어나지 않았다"고 말했다.[48]
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Interview: Frederick Sanger
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문서
다른 두 번의 노벨상 수상자는 마리아 스크워도프스카-퀴리(물리학상과 화학상 수상), 라이너스 폴링(화학상과 평화상 수상), 존 바딘(물리학상 두 번 수상)의 세 명이다.
[55]
문서
단체로는 국제 적십자 위원회(ICRC)가 노벨 평화상을 세 번 수상했다.
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Albert Neuberger. 15 April 1908 – 14 August 1996
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