DNA de cientista: Frederick Sanger

Foto de Frederick Sanger

Conheça a história do cientista que ganhou duas vezes o prêmio Nobel, um pela descoberta da estrutura molecular da insulina e outro pela metodologia que revolucionou o sequenciamento de DNA.

Frederick Sanger

Frederick Sanger nasceu em Gloucestershire, Reino Unido, em 13 de agosto de 1918. Sanger era o segundo de três irmãos, seu pai era médico e sua mãe era filha de um fabricante de algodão relativamente rico.

Quando ainda era adolescente, demonstrava muito interesse por assuntos científicos e, em seu último ano de escola, trabalhou no laboratório de seu professor de química, Geoffrey Ordish. 

Trabalhar com Ordish despertou em Sanger o desejo de seguir uma carreira científica e o guiou para estudar Ciências Naturais no St John’s College, em Cambridge. Posteriormente, seus estudos focaram no aminoácido lisina durante seu doutorado em bioquímica.

O que são aminoácidos?
Aminoácidos são as moléculas que formam as proteínas, que são essenciais para a estrutura das células e para os processos vitais do organismo. Aminoácidos são como os ingredientes de uma receita, dependendo da quantidade de um ingrediente e da combinação com outros podemos formar várias receitas.

Insulina: o caminho para o primeiro Prêmio Nobel

A insulina é uma proteína produzida pelo pâncreas de humanos e outros animais que controla os níveis de açúcar (glicose) no sangue. A desregulação dos níveis de glicose causada pela produção insuficiente de insulina ou sua perda de sensibilidade pelas células do corpo causam uma doença chamada diabetes.

Desde o final do século XIX, os cientistas estavam interessados em estudar as proteínas, pois eles já haviam descoberto que elas eram essenciais para praticamente todas as funções biológicas do corpo. Além disso, já se sabia que diferentes proteínas tinham diferentes funções, eram compostas por diferentes aminoácidos e, ainda, que os genes tinham um papel importante na sua produção.

Após obter o título de doutor em 1943, Sanger ingressou no laboratório do Dr. Albert Charles Chibnall na Universidade de Cambridge. A sua pesquisa se concentrou na descoberta dos aminoácidos que compõem a proteína insulina. 

O projeto era muito atraente para Sanger, primeiro porque a insulina era uma das poucas proteínas puras facilmente acessíveis na época, pois era comercializada em farmácias. Segundo, por tratar a diabetes, a insulina tinha grande interesse médico e seu estudo ganhou financiamento farmacêutico. Além disso, esse foi o primeiro trabalho remunerado de Sanger, que antes vivia graças à herança de sua mãe. 

Modificando a direção do projeto

Com o passar do tempo, novas técnicas moleculares surgiram e Sanger incorporou muitas delas para criar um método de identificação de aminoácidos. 

O projeto inicial de Sanger era como uma tentativa de descobrir quais são os ingredientes necessários para fazer um bolo de chocolate (insulina). Mas ele percebeu que para fazer o bolo de chocolate não basta apenas saber quais são os ingredientes (aminoácidos), precisamos saber suas quantidades e a ordem na qual os adicionamos à receita. Assim, Sanger se dedicou não só a identificar a composição dos aminoácidos da insulina, mas também a desvendar a sua estrutura.

Dois esquemas estão representados.
Esquema da esquerda, diferentes formas geométricas soltas representam aminoácidos, depois de processadas viram proteínas.
Esquema da direita, diferentes ingredientes depois de processados viram um bolo.

Foram mais de 12 anos de estudo, até que, em 1955, ele e sua equipe identificaram todos os 51 aminoácidos da insulina, descobriram a sua posição na proteína e como eles se ligavam. Com seus resultados, Sanger também conseguiu provar que cada proteína tem uma sequência única. Foi graças a essa descoberta que Sanger recebeu seu primeiro Nobel de Química, em 1958.

A descoberta de Sanger foi crucial para posteriormente Francis Crick propor o Dogma Central da biologia molecular que mostra o fluxo da informação do DNA, que passa para RNA e, depois, forma a proteína. 

Além disso, a pesquisa ajudou outros cientistas a produzir proteínas sintéticas através de técnicas de DNA recombinante e bactérias geneticamente modificadas, sendo a insulina a primeira proteína humana a ser produzida, em 1978. 

Sequenciamento de RNA 

Em 1962, Sanger iniciou um novo capítulo da sua história ao ingressar no Conselho de Pesquisa Médica de Cambridge.  Ele abriu um laboratório de biologia molecular em parceria com os cientistas moleculares Max Perutz, John Kendrew, Sydney Brenner e Francis Crick.

O contato com esses pesquisadores levou Sanger a explorar o sequenciamento de moléculas de RNA

O RNA, ou ácido ribonucleico, é uma molécula que participa da produção de proteínas a partir do DNA. Ele é formado por uma sequência de quatro bases nitrogenadas, também conhecido pelas “letras”, A (adenina), C (citosina), G (guanina) e U (uracila). Existem três principais grupos de RNA: o mensageiro, o transportador e o ribossômico. 

Sanger desenvolveu ferramentas para separar fragmentos de RNA e, em 1967, seu grupo publicou a sequência do RNA ribossomal.

Método de Sanger: o segundo Prêmio Nobel

Em 1953, o colega de departamento de Sanger, Francis Crick, juntamente com o americano James Watson publicaram um artigo científico, baseado nos experimentos com raio X de  Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, apresentando a estrutura molecular do DNA.

Os pesquisadores mostraram que o DNA era formado por uma fita em forma de dupla hélice em que as quatro bases nitrogenadas – A (adenina), (T) timina, C (citosina) e G (guanina) – são pareadas de maneira específica entre as duas hélices. 

No entanto,  Watson e Crick não puderam revelar a ordem em que essas bases aparecem, ou seja, a sequência do DNA

Usando sua experiência anterior de sequenciamento de RNA, Sanger e seus colegas experimentaram diferentes métodos para sequenciar o DNA. Após mais de 10 anos, a técnica de sequenciamento de Sanger foi proposta em 1977. A técnica permitiu a leitura das bases que formam o DNA, permitindo entender as instruções de cada gene. 

O trabalho de Sanger mostrou, pela primeira vez, três aspectos importantes da genética: confirmação do código genético, descoberta do fenômeno de “genes sobrepostos” e foi o primeiro a mostrar que a sequência de DNA pode variar em diferentes organismos. 

Graças às suas descobertas, Frederick Sanger é conhecido como o “Pai da Genômica” e em 1980 ganhou seu segundo Prêmio Nobel de Química.

Genoma humano

A metodologia de Sanger foi revolucionária, pois era rápida e reprodutível para todos os organismos. Com isso, um novo desafio foi iniciado: descobrir a ordem e a sequência do DNA humano através do Projeto Genoma Humano em 1990.

O primeiro rascunho do projeto foi divulgado em 2003 e revelou muitas características sobre nossa espécie, nosso organismo, sobre como ele funciona, quais doenças podem estar associadas ao DNA e à nossa ancestralidade genética.Com o meuDNA Premium você conhece sua ancestralidade genética de 5 a 8 gerações atrás com base em 88 populações espalhadas pelo mundo. Além disso, ele revela sua predisposição a desenvolver doenças genéticas como câncer, colesterol alto e diabetes monogênica!

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Quais as contribuições de Frederick Sanger para a ciência?

Frederick Sanger desenvolveu o método de sequenciamento de proteínas e revelou a estrutura molecular da insulina. Além disso, Sanger desenvolveu um método de sequenciamento de DNA que possibilitou o início do Projeto Genoma Humano. Essa técnica permite a leitura das bases que formam o DNA, permitindo entender as instruções de cada gene.

Frederick Sanger ganhou quantos Prêmios Nobel?

Frederick Sanger ganhou dois Prêmios Nobel de Química, um no ano de 1958 e outro em 1980.

Referências

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