Пенициллин год открытия. Пенициллин: как открытие Флеминга превратилось в антибиотик
В феврале 2014 года на первом канале телевидения прошел документально-игровой фильм «Плесень», рассказывающий об участии плесневого грибка в многовековой истории человечества. Фильм вызвал заслуженную критику как со стороны микробиологов, так и со стороны историков, но вновь - со времен выхода романа Вениамина Каверина «Открытая книга» (1946−1954, окончательная редакция 1980) и двух его экранизаций (1973 и телесериал в 1977-1979 гг.) - привлек широкое внимание к истории отечественного пенициллина. В «Плесени» рассказывается апокрифическая версия о том, как во время войны негуманные союзники не поделились пенициллином с Советским Союзом, но зато потом хитрые чекисты не отдали им ни грамма нашего, более качественного пенициллина - крустазина. Что же говорят об этом документы и человеческие свидетельства? Как это часто бывало, страницы истории советской науки и техники одновременно оказываются страницами истории сталинских репрессий.
История создания пенициллина в СССР отражает эпоху и тянет на основательный детектив, который связан с борьбой за жизни людей и научные приоритеты, когда Советский Союз, казалось бы, безнадёжно отстал от Запада..
Заместитель наркома здравоохранения СССР А. Г. Натрадзе рассказывал: «Мы направили за границу делегацию для закупки лицензии на производство пенициллина глубинным способом. Они заломили очень большую цену - $ 10 млн. Мы посоветовались с министром внешней торговли А. И. Микояном и дали согласие на закупку. Тогда они нам сообщили, что ошиблись в расчетах и что цена будет $ 20 млн. Мы снова обсудили вопрос с правительством и решили заплатить и эту цену. Потом они сообщили, что не продадут нам лицензию и за $ 30 млн.».
Прояснить многие вопросы, появления в СССР антибиотиков и связанного с этим повышения продолжительности жизни советских людей, помог Юрий Вилович ЗЕЙФМАН, сын Вила Иосифовича Зейфмана, сыгравшего немаловажную роль в появлении отечественного пенициллина. Как и его отец, Юрий Вилович - ученый-химик, поэтому, изучая материалы, связанные с жизнью и деятельностью своего отца, он имел возможность разобраться в этом деле вполне профессионально:
Что оставалось делать в этих условиях? Последовать примеру англичан и доказать свой приоритет в производстве пенициллина. Советские газеты запестрели сообщениями о выдающихся успехах микробиолога Зинаиды Ермольевой, которой удалось произвести отечественный аналог пенициллина под названием крустозин, причем он, как и следовало ожидать, намного лучше американского. Из этих сообщений нетрудно было понять, что американские шпионы выкрали секрет производства крустозина, потому что у себя в капиталистических джунглях они ни за что бы до этого не додумались.
Позже Вениамин Каверин (его брат, ученый-вирусолог Лев Зильбер, был мужем Ермольевой) опубликовал роман «Открытая книга», рассказывающий о том, как главная героиня, прототипом которой была Ермольева, вопреки сопротивлению врагов и бюрократов, подарила народу чудодейственный крустозин. Однако это не более чем художественный вымысел. Зинаида Ермольева на основе грибка Penicillium crustosum действительно наладила производство крустозина, однако по качеству отечественный пенициллин уступал американскому.
Кроме того, пенициллин Ермольевой производился методом поверхностного брожения в стеклянных «матрацах». И хотя они устанавливались везде, где только можно, объем производства пенициллина в СССР в начале 1944 года был примерно в 1000 раз меньше, чем в США, имевшийся у нас препарат получался кустарным способом в количествах, совершенно несоответствующих потребностям отечественного здравоохранения, и к тому же он был малоактивен. Кстати проблема организации, быстрого и качественного серийного производства, какого-либо изобретения и создания на его основе конкурентно способного продукта, до сих слабо решена в нашей стране. Поэтому в 1945 г. во Всесоюзном химико-фармацевтическом институте (ВНИХФИ) для ускорения работ была создана лаборатория технологии пенициллина. А в июне 1946 г. мой отец, отозванный из армии, эту лабораторию возглавил.
Создатель советского пенициллина, Вил Иосифович Зейфман родился в 1911 г. в гор. Кельцы, в польской части Российской империи. Его отец был портным, а мать - белошвейкой. В 1914 г. семья переехала в Коканд (Туркменистан), а в 1921 г. - в Ташкент, где мой отец закончил школу и начал учиться в институте, завершив обучение в 1932 году уже в Москве, в Химико-технологическом институте. Затем он год служил в армии и два года работал в Институте чистых химических реактивов, а в 1936 г. переехал в подмосковный поселок Обухово для работы на заводе «Акрихин» (с 1938-го - в должности начальника технического отдела завода. В начале 1940 г. отец был призван в кадры РККА, а с лета 1943 г. в составе отдельного батальона химической защиты участвовал в боях 3-го Украинского фронта. Украина - Румыния - Венгрия - Чехословакия, боевые ордена и медали, легкое ранение и тяжелая контузия. Так вот, во ВНИХФИ, в подразделении, руководимом отцом, при консультациях профессоров Н. И. Гельперина и Л. М. Уткина, на основании данных советской разведки, добытых агентами Твеном и «Черным» (он же «Питер», «Блэк») в течение 1946 года была создана полузаводская установка, в основу которой были положены как свойства самого пенициллина, так и его продуцента.
Воздух, в котором рос грибок, было необходимо активно аэрировать кислородом - это выполнял созданный аппарат глубинной ферментации; также требовалась стерилизация воздуха и всего оборудования, поскольку продуцент был чрезвычайно чувствителен к примесям микроорганизмов. Кроме того, в начале работ извлечение продукта из культуральной жидкости достигалось с помощью так называемой лиофильной сушки - замораживания жидкой фазы до t`= -50−60оC и удаления воды в виде льда с помощью высокого вакуума. Эта технология в увеличенном масштабе легла в основу первых пенициллиновых заводов, построенных в Москве и Риге. При этом получался желтый аморфный продукт низкой активности, который к тому же был пироформным, то есть вызывал повышение температуры у пациентов. В то же время образцы пенициллина, поступавшего из-за границы, представляли собой кристаллический порошок, устойчивый при хранении и не дающий побочных эффектов. Я хорошо помню часто повторявшиеся домашние разговоры: наш - желтый аморфный, у них - белый кристаллический. Специалистам было ясно, что для достижения такого же результата потребуется много времени, средств и сил, а интересы отечественного здравоохранения требовали скорейшего решения всех этих проблем. Постепенно стало понятно, что в нашей стране этот антибиотик производили с 1944 г., используя метод поверхностного вырашивания гриба. Однако, уже к этому времени США, вложив офомные средства (более 20 млн долларов), разработали и запустили мошные комбинаты по производству пенициллина глубинным способом вырашивания гриба и в том же 1944 г. получили 90% всей мировой продукции антибиотика. Получить же технологию глубинного способа производства пенициллина, с помощью советской разведки уже не получалось, т.к. к тому времени резидентура СССР, уже была под плотным колпаком у ФБР США.
Попытки советского руководства, официально купить лицензию на производство пенициллина глубинным способом у наших союзников по Второй мировой войне не увенчались успехом они отказали нам в приобретении лицензии. Тогдашние руководители медицинской промышленности Натрадзе и Третьяков обосновали перед правительством необходимость послать в США и Англию комиссию специалистов, которая смогла бы помочь советским зарубежным торговым организациям сделать правильный выбор в покупке технологии и новейшего оборудования для производства пенициллина. По указанию А. И. Микояна, который и сам в середине 30-х годов, привез из США множество технологий для пищевой промышленности была создана комиссия в составе директора вновь созданного ВНИИ пенициллина профессора Бородина, сотрудника ВНИХФИ профессора Л. М. Уткина и моего отца, возглавившего во ВНИИП отдел экспериментальной технологии. В августе 1947 г. комиссия выехала в США.
Начавшаяся в то время «холодная война» и политика прямой дискриминации в торговле с СССР чрезвычайно усложнили выполнение задачи, поставленной перед этой комиссией и торгпредствами. Правительство США, несмотря на предварительную договоренность нашего Минторга с рядом американских фирм, запретило им продавать Советам что-либо, связанное с производством пенициллина. Через три месяца комиссии пришлось выехать в Англию. Но и там выяснилось, что английские фирмы, полностью зависимые от американских, отказались от продаж, связанных с пенициллином. Тогда выявилась единственная возможность выполнить поставленную задачу - использовать предложение профессора Чейна, автора и владельца патента на получение пенициллина нужного качества, продать нам свой патент и предоставить имевшиеся у него данные по промышленному производству пенициллина. Цена этой сделки была во много раз меньше, чем ранее требовали англо-американские фирмы. Предложение Чейна было принято, и в течение девяти месяцев отец работал у него в оксфордской лаборатории, где выполнил исследование «Рациональные биологические методы производства пенициллина» и ознакомился с другими работами, проводимыми Чейном. Кроме того, Чейн передал отцу штамм культуры, продуцирующей стрептомицин, который отец нелегально - в кармане пиджака - вывез из Англии и передал во ВНИИП.
Именно этот штамм послужил затем первоосновой производства в Союзе еще одного антибиотика - активного средства борьбы с туберкулезом. В сентябре 1948 г. комиссия, завершив работу, вернулась на родину. Однако в день отплытия из Англии произошло чрезвычайное событие - ее руководитель профессор Бородин (кавалер ордена Ленина, состоявший в приятельских отношениях с Микояном) к отходу парохода не явился, он остался в Англии, а затем уехал в США (жившие в Москве его жена и 12-летний сын исчезли, и наша семья никогда больше о них не слышала). Бородин стал невозвращенцем (ст. 64 УК РСФСР: измена родине в форме бегства за границу)! Позже это событие значительно осложнило положение отца, но тогда, по прибытии в Москву, он сделал доклад Микояну о проделанной работе и его сообщение было принято с одобрением.
Немного собственно химии
В короткий период после возвращения лаборатория, которой руководил отец, продолжала улучшать важные моменты синтеза и выделения пенициллина. После того как Чейну с сотрудниками удалось в результате кропотливой и высококлассной работы определить структуру пенициллина, стало известно, что все полученные путем биосинтеза пенициллины очень близки по своему строению и в основе их молекул лежит бициклическая система, а сами они отличаются природой боковых цепей (четыре варианта), причем все они обладают биологической активностью in vitro (в пробирке), и только один - бензилпенициллин - является собственно лекарством, активным in vivo (в организме). Все дело в том, что отдельные пенициллины различаются между собой характером бокового радикала, который строится грибом-продуцентом из остатков, находящихся в среде для культивирования органических кислот. При этом не все кислоты и не с равной эффективностью гриб способен включать в молекулу пенициллина. Эффективность использования органических кислот в качестве предшественников бокового радикала зависит от ряда факторов - таких, как условия культивирования, штамм продуцента, концентрация предшественника, его форма и окисляемость в процессе ферментации и т. д.
Основным условием, определяющим использование кислоты в биосинтезе, является ее химическая структура. Т. П. Верховцевой (1964) были сформулированы основные химические характеристики веществ, которые потенциально могут быть предшественниками. Было отмечено, что веществами, эффективно включающимися в молекулу пенициллина, являются, как правило, различные β-замещенные уксусной кислоты; α-метиленовая группа уксусной кислоты при этом должна быть свободной. Определенную структуру должны иметь кольцевые системы, замещающие водород у β-углеродного атома уксусной кислоты. Ароматический радикал предшественника не должен содержать более одной, двух замещенных групп. Введение в состав алифатической кислоты спиртовых, кетонных, нитрильных и карбоксильных групп приводит к снижению эффективности ее использования грибом в биосинтезе пенициллина; кислоты, содержащие аминогруппу или атомы галоида, вообще не включаются в молекулу пенициллина.
Касаясь биологического значения биосинтеза молекулы пенициллина с определенным радикалом, М. М. Левитов высказывает точку зрения, согласно которой гриб обезвреживает токсический для него продукт, каковым является предшественник, включая его в молекулу антибиотика. Вещество, добавляемое в среду в качестве предшественника, помимо его основного назначения - построения бокового радикала, может использоваться грибом и по другим путям обмена. При этом некоторые из веществ под воздействием ферментов гриба превращаются в такие соединения, которые в свою очередь могут участвовать в образовании пенициллина. В результате в культуре гриба вместо одного пенициллина накапливается два или несколько новых видов его.
Так, например, при биосинтезе бензил - и феноксиметилпенициллинов в определенных условиях культивирования предшественники могут быть окислены ферментными системами гриба до орто - и параоксизамещенных кислот, которые, включаясь в молекулу пенициллина, приводят к образованию новых типов. Одной из причин высокой эффективности β-замещенных кислот является их сравнительная устойчивость к энзиматическому окислению. В связи с использованием предшественников не только как структурного компонента молекулы пенициллина существенное внимание должно быть уделено их концентрации в среде. Эмпирически подобранная, оптимальная для биосинтеза концентрация предшественников является значительно выше той, которая необходима грибу для построения молекулы антибиотика. При изучении биосинтеза бензилпенициллина различными штаммами наблюдалась определенная корреляция между окислительной способностью культуры и оптимальной концентрацией предшественника. Штаммы, которые более энергично окисляли фенилуксусную кислоту, для достижения максимального уровня антибиотика в среде требовали присутствия большего количества предшественника, чем те, которые расходовали его более экономно. При ведении процесса ферментации в промышленных масштабах установление оптимальной концентрации предшественника имеет решающее значение, ибо недостаток его уменьшает биосинтез пенициллина, а избыток токсичен для гриба и отрицательно влияет на качество готового продукта. Различные штаммы пенициллов отличаются своим отношением к фенилуксусной кислоте или фенилацетамиду как по величине стимулирующего действия предшественников на биосинтез пенициллина, так и по скорости потребления их в процессе ферментации.
Потребление фенилуксусной кислоты начинается с первых часов ферментации, причем в первые часы происходит ее окисление, а использование как предшественника - лишь в период биосинтеза пенициллина. Для более полноценного ее использования необходимо обеспечить такие условия процесса, при которых некоторое количество предшественника сохранялось бы в среде примерно в течение трех-четырех суток. С этой точки зрения фенилацетамид является более эффективным предшественником, чем фенилуксусная кислота. Этот факт, по-видимому, можно объяснить тем, что фенилацетамид более медленно окисляется грибом. Сначала происходит его дезаминирование до образования фенилуксусной кислоты, которая затем входит в состав молекулы бензилпенициллина.
В качестве примера, подтверждающего различную окислительную энзиматическую активность относительно фенилацетамида, могут быть приведены опыты Л. М. Лурье (1963), в которых было показано, что штамм № 369 включает в молекулу пенициллина 90% введенного в среду предшественника; штамм № 194 использует 70% на биосинтез пенициллина, а остальное количество утилизирует по другим путям обмена веществ и штамм № 136 основное количество предшественника окисляет и только 21% его связывает в молекуле антибиотика. Так как высокая концентрация фенилацетамида может оказаться токсической для гриба, а также во избежание образования большого количества пенициллинов с другими радикалами в подобных случаях рекомендуют добавлять предшественник периодически через каждые 12 ч до конца процесса, в количестве 0,4- 0,5%. Имеются рекомендации вводить вместо фенилацетамида менее токсичный продукт - фенилуксусную кислоту.
Введение фенилуксусной кислоты в высоких концентрациях в виде натриевой соли может вызвать защелачивание культуральной жидкости на ранних стадиях ферментации. Во избежание этого применяют предшественник либо в виде кислоты, либо чередуют добавки кислоты и соли в зависимости от pH культуральной жидкости. Существенное влияние на типовой состав пенициллинов имеет pH среды. При защелачивании среды до pH 8,6 количество пенициллина V понижается более чем в два раза. По-видимому, это явление связано с его инактивацией в щелочной среде. Одним из пенициллинов, полученных относительно недавно методом направленного биосинтеза, является 2 карбоксиэтилмеркаптометилпенициллин, эффективно подавляющий рост грамотрицательных бактерий. Получают его путем введения в среду 2-карбоксиэтилмеркаптоуксусной кислоты.
Предшественники значительно стимулируют общий выход пенициллина. Например, один из мутантов Penicillium chrysogenum, образующий в отсутствие предшественника 2500 EД/мл различных пенициллинов и пенициллиноподобных веществ, при культивировании его на среде с фенилуксусной кислотой способен синтезировать до 8000 ЕД/мл бензилпенициллина, без примеси других пенициллинов.
Открытие пеницилина принадлежит Александру Флемингу. Когда он умер, то его похоронили в соборе Св. Павла в Лондоне - рядом с самыми почитаемыми британцами. В Греции, где бывал ученый, в день его смерти объявили национальный траур. А в испанской Барселоне все цветочницы города высыпали охапки цветов из своих корзин к мемориальной доске с его именем
Шотландский бактериолог Александр Флеминг (1881-1955) родился в графстве Эйршир в семье фермера Хью Флеминга и его второй жены Грейс (Мортон) Флеминг.
Александр посещал маленькую сельскую школу, расположенную неподалеку, а позже Килмарнокскую академию, рано научился внимательно наблюдать за природой. В возрасте 13 лет он вслед за старшими братьями отправился в Лондон, где работал клерком, посещал занятия в Политехническом институте на Риджент-стрит, а в 1900 году вступил в Лондонский шотландский полк.
По совету старшего брата он подал документы на национальный конкурс для поступления в медицинскую школу. На экзаменах Флеминг получил самые высокие баллы и стал стипендиатом медицинской школы при больнице св. Марии. Александр изучал хирургию и, выдержав экзамены, в 1906 году стал членом Королевского колледжа хирургов. Оставаясь работать в лаборатории патологии профессора Алмрота Райта больницы св. Марии, он в 1908 году получил степени магистра и бакалавра наук в Лондонском университете.
В то время врачи и бактериологи полагали, что дальнейший прогресс будет связан с попытками изменить, усилить или дополнить свойства иммунной системы. Открытие в 1910 году сальварсана Паулем Эрлихом лишь подтвердило эти предположения. Эрлих был занят поисками того, что он называл «магической пулей», подразумевая под этим такое средство, которое уничтожало бы попавшие в организм бактерии, не причиняя вреда тканям организма больного и даже взаимодействуя с ними.
Лаборатория Райта была одной из первых, получивших образцы сальварсана для проверки. В 1908 году Флеминг приступил к экспериментам с препаратом, используя его также в частной медицинской практике для лечения сифилиса. Прекрасно осознавая все проблемы, связанные с сальварсаном, он, тем не менее, верил в возможности химиотерапии. В течение нескольких лет, однако, результаты исследований были таковы, что едва ли могли подтвердить его предположения.
Из коридора через приоткрытую в маленькую, тесную лабораторию дверь можно было видеть доктора Александра Флеминга, суетившегося в тесном, заставленном множеством вещей помещении. Вот он переставляет с места на место чашки Петри,... тщательно осматривает их и сортирует по каким-то, одному ему известным, признакам. Ему необходимо написать для учебника бактериологии главу о стрептококках. Для этого ему надо провести ряд опытов на многочисленных колониях этих микробов. Он наполняет чашки Петри агар-агаром, который остывая образует на дне чашек гладкую пленку; на нее он садит культуру бактерий. В этой превосходной питательной среде, при соответствующей температуре бактерии развиваются и образуют крупные колонии, похожие на разветвленные комки янтарного цвета.
В лаборатории Флеминга его ужаснейшим врагом была плесень. Обыкновенная зеленовато-серая плесень, которая берется неведомо откуда во влажных углах плохо проветриваемых помещений, покрывает несвежие продовольственные продукты, если их плохо хранят. Плесень - это не что иное, как микроскопический грибок, возникающий из еще меньших зародышей, тысячи которых носятся в воздухе. Как только зародыши попадают в благоприятную для них среду, начинают очень быстро разрастаться.
Флеминг не раз, поднимая крышку чашки Петри, с досадой убеждался, что культуры стрептококков загрязнены плесенью. И действительно, в лаборатории достаточно было оставить чашку Петри на несколько часов без крышки, как весь питательный слой покрывался плесенью. Немалых трудов стоила Флемингу борьба с нежелательными примесями то на одной, то на другой чашке. Однажды, на одной из чашек Флеминг увидел странное явление и долго присматривался к нему. Как бывало уже не раз, чашку покрывала плесень, но в отличие от других чашек здесь вокруг колонии бактерий образовалась небольшая круглая лысинка. Возникало впечатление, что бактерии не размножались вокруг плесени, хотя на остальной поверхности агар-агара, на некотором расстоянии от плесени, бактерии разрослись, притом довольно сильно.
„Случайность, или закономерность?" - задумался Флеминг. Чтобы ответить на этот вопрос, Флеминг поместил небольшое количество плесени в пробирку с питательным бульоном: он хотел прежде всего сохранить странную плесень. А чашку с плесенью он поставил на письменном столе среди других, интересных образцов. Тогда он и не думал, что эта чашка будет его самым драгоценным сокровищем и, что в ней он найдет решение проблемы, которой посвятил всю жизнь. Из микроскопического кусочка плесени Флеминг получил большую колонию. Потом он помещал часть этой плесени на чашки, где культивировал разные бактерии.
Оказалось, что некоторые виды бактерий прекрасно уживаются с плесенью, но стрептококки и стафилококки в присутствии плесени не развивались. Многочисленные прежде опыты с размножением вредносных бактерий показали, что некоторые из них способны уничтожать других и не допускают их развития в общей среде. Это явление было названо „антибиозом" от греческого „анти" - против и „биос" - жизнь. Работая над нахождением действенного противомикробного средства, Флеминг об этом прекрасно знал. У него не было никаких сомнений, что на чашке с таинственной плесенью он встретился с явлением антибиоза. Он начал тщательно исследовать плесень. Спустя некоторое время ему удалось даже выделить из плесени противомикробное вещество. Поскольку плесень, с которой он имел дело, носила видовое латинское название Penicilium notatum полученное вещество он назвал пенициллином. Таким образом, в 1929 году, в лаборатории лондонской больницы св. Марии родился хорошо известный нам пенициллин.
Предварительные испытания вещества на подопытных животных показали, что даже при инъекции в кровь оно не приносит вреда, и одновременно в слабых растворах прекрасно подавляет стрептококки и стафилококки. Ассистент Флеминга, доктор Стюарт Греддок, заболевший гнойным воспалением так называемой гайморовой полости, был первым человеком, который решился принять давку пенициллина. Ему ввели в полость небольшое количество вытяжки из плесени, и уже через три часа можно было убедиться, что состояние его здоровья значительно улучшилось. Было ясно, что Флеминг выиграл крупное сражение с бактериями. Но война человечества с микробами еще не закончилась: необходимо было разработать промышленные методы производства пенициллина. Над этой проблемой Флеминг работал больше двух лет, но успеха не добился. Этим и объясняется факт, что первая статья с донесением о противомикробных свойствах пенициллина была написана Флемингом спустя три года после окончания опытов по его практическому применению.
Безуспешны были и попытки промышленного производства пенициллина, осуществленные другими исследователями. Но вот в середине 1939 года два ученых из Оксфорда: врач Эдуард Говард Фрей и химик Дж. Эрнест Чейн взялись за это дело. После двух лет разочарований и поражений им удалось получить несколько граммов коричневого порошка, который уже можно было испытать на 117 людях. Это был хотя и не совсем чистый, но достаточно качественный кристаллический пенициллин. Первые инъекции нового средства были сделаны человеку 12 февраля 1941 года. Один из лондонских полицейских во время бритья порезался бритвой. Развилось заражение крови. Первый укол пенициллина сделали умирающему пациенту. Состояние больного сразу улучшилось. Но пенициллина было слишком мало, запас его быстро иссяк. Болезнь возобновилась, и пациент умер. Несмотря на это, наука торжествовала, так как было убедительно доказано, что пенициллин прекрасно действует против заражения крови. Через несколько месяцев ученым удалось накопить такое количество пенициллина которого могло с избытком хватить для спасения человеческой жизни.
Счастливцем был пятнадцатилетний мальчик, больной заражением крови, которое не поддавалось лечению. Это был первый человек, которому пенициллин спас жизнь. В это время весь мир уже три года был охвачен пожаром войны. От заражения крови и гангрены гибли тысячи раненых. Требовалось огромное количество пенициллина. Фрей выехал в Соединенные Штаты Америки, где ему удалось заинтересовать производством пенициллина правительство и крупные промышленные концерны.
За всю историю человечества не было другого лекарства, которое спасло бы столько жизней. В самом начале войны многие солдаты умирали не от ран, а от заражения крови. Пенициллин исцелил тысячи бойцов, которых считали безнадежными. История его открытия похожа на детектив, развязка которого подарила человечеству первый антибиотик, продливший продолжительность жизни примерно на 30 лет.
В 1928 году британский микробиолог Александр Флеминг обнаружил плесень, которая подавляла рост культуры стафилококков. Эта плесень относилась к редкому виду грибов рода Penicillium - P. Notatum.
Долгие годы специалисты пытались создать удобный для практического использования препарат на основе грибка, но безуспешно. Активное вещество лабораторной плесени не только с трудом поддавалось очистке, но и оказывалось нестабильным. Лишь в 1940 году в журнале The Lancet появилась первая статья об эффективном антибиотике - пенициллине. В условиях войны у Англии не было возможности разрабатывать технологию промышленного производства, и специалисты поняли: надо отправляться в США. Так в 1941 году фронт исследовательской работы переместился в Америку.
Западный фронт
Сама поездка оказалась нервной: было жарко, а плесневые грибы не выдерживают высокой температуры - их могли не довезти. В США перед учеными встала другая проблема: возможность промышленного производства пенициллина. Научные специалисты общались со многими учеными и фабрикантами, и в итоге в 1941 году обосновались в лаборатории города Пеории штата Иллинойс. Американские исследователи предложили новую питательную среду для выращивания плесневых грибов - кукурузный экстракт, которого в этом регионе США было много. Он оказался более чем пригодным для исследовательских целей.
Была еще одна задача - найти наиболее «продуктивный» штамм грибка. В лабораторию присылали образцы плесени со всего мира, но нужной среди них не было. Искали и на месте: наняли женщину, которая покупала заплесневелые продукты, - ее прозвали «плесневой Мэри».
В один прекрасный летний день 1943 года Мэри принесла в лабораторию полусгнившую дыню, а на ней - золотистую плесень Penicillium Chrysogenum, которая и оказалась именно той, что нужна была ученым. Из плесени получилось выделить самый эффективный штамм, и при этом его производство оказалось очень выгодным: стоимость лечения одного случая сепсиса снизилась с 200 до 6,5 доллара. Сегодняшний пенициллин - это потомок той самой плесени.
Наконец, председатель научно-исследовательского медицинского совета США Альфред Ричардс взял под крыло организацию производства - финансирование поступило через президента США Рузвельта. Первый завод построили меньше чем за год, и в течение первого года его работы производство пенициллина выросло в 100 раз.
В армии союзников антибиотики начали использовать в июле 1943 года во время высадки на Сицилии - случаи смерти от гангрены прекратились. По некоторым данным, с высадкой в Нормандии в июне 1944 года медлили не только по политическим соображениям, но и из-за опасений, что пенициллина не хватит.
Безусловно, существует просто огромное количество лекарственных препаратов, всевозможных антибиотиков, БАДов, история открытия которых не известна людям и на сегодняшний день. Но вот что нельзя оставить без внимания, так это открытие такого известного антибиотика, как пенициллин.
Первым антибиотиком, который был открыт случайно, является именно легендарный пенициллин. Бензилпенициллин (пенициллин G (PCN G) или просто пенициллин (PCN)) - N-фенилацетамид 6-аминопенициллановой кислоты. Антибиотик, получаемый из плесневого гриба пенициллиума. Необходимо отметить тот момент, что его действие основывается на процессе подавления того синтеза, который участвует в оболочках внешнего типа, а также он относится еще и к клеткам бактериальной категории - бензилпенициллин препятствуют размножению клеток прокариот, в том числе и цианобактерий, а также препятствуют делению хлоропластов.
Примерно в 1929 году хорошо известный в то время британский бактериолог Александр Флеминг проводил серию экспериментов по изучению плесневых грибов. Он установил, что определенный вид плесневых грибов выделяет специфическое антибактериальное вещество, позже названное пенициллином. Именно его опыты были посвящены подробному изучению влияния бактериальных инфекций на организм человека.
После того как в ходе экспериментов были выращены первые колонии стафилококковых культур, Флеминг выявил, что большинство из них подвержены заражению плесневым грибом Penicillium chrysogenum. Британский ученый обратил свое внимание на ту область, где стафилококковые бактерии не размножались - как раз там, где находились плесневые грибы Penicillium notanum. Таким образом, он пришел к выводу, что определенного вида плесень способна вырабатывать вещества, которые просто убивают бактерии, соприкасающиеся с ней. Результатом экспериментов стало выделение бактериологом Флемингом антимикробного препарата, названного пенициллином. Словом, это бы первейший антибиотик современного типа.
Как действует пенициллин?
Что касается принципа работы прославленного антибиотика, то он заключается в том, что происходит процесс торможения и подавления химических реакций, необходимых для того, чтобы бактерии «жили». За счет действия пенициллина осуществляется блокирование молекул, которые участвуют в зарождении и строительстве совершенно новых клеток микробов. Мало того, очень важным необходимо считать и тот момент, что пенициллин G не оказывает практически никакого негативного влияния на организм человека, либо животного. Наружные оболочки клеток человека очень сильно отличаются от аналогичных клеток, которыми обладает бактерия.
Еще в 1931 году были предприняты попытки как-то улучшить само качество лекарственного препарата, а также получить его в весьма чистой форме. Но, к сожалению, на первых порах все это не увенчалось успехом, и до серийного производства пенициллина прошло еще около десяти лет.
В начале 40х годов 20го века английским бактериологам Хоуарду У. Флори, а также биохимикам Эрнсту Чейну и Норману У. Хитли впервые удалось получить качественную чистую форму пенициллина PCN G. Что спасло жизни сотен тысяч, если не миллионов раненных солдат во время второй мировой войны! Именно за это ученым была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях», Флеминг, Флори и Чейн получили её в 1945 году.
Именно благодаря пенициллину, было спасено огромное количество жизней, как во время второй мировой войны, так и после. Более того, лекарство стало первейшим средством, которое способно противостоять микробам самых различных классов и видов. Открытие и производство пенициллина является одним из величайших событий в медицине и науке ушедшего века.
Конечно, на сегодняшний день разработано немыслимое количество разнообразных антибиотиков, но всегда стоит помнить, что большинство из этих препаратов основаны именно на открытии лечебных свойств пенициллина!
Когда я встал утром 28 сентября 1928 года, я, безусловно, не планировал совершить какой-то прорыв в медицине своим созданием первого во всем мире бактерии-убийцы или же антибиотика», — данные слова были отмечены в дневнике Александра Флеминга, человека, открывшего нам пенициллин.
Еще в начале XIX столетия появилась идея применять микробы в борьбе с самими микробами. Учёные уже в те далекие времена понимали, что для борьбы с осложнениями при ранах, необходимо найти способ парализовать микробов, которые вызывают дальнейшие осложнения, и что обезвредить микроорганизмы есть возможность с их же помощью. В особенности, Луи Пастер понял, что бациллы сибирской язвы можно уничтожить при воздействии некоторых иных микробов. Приблизительно в 1897 году Эрнестом Дучесном была использована плесень, то есть характеристики пенициллина для лечения тифа у морской свинки.
Считается, что пенициллин фактически был изобретен 3 сентября 1928 года. К данному периоду Флеминг уже был популярен, и его знали как блестящего исследователя. В те времена он изучал стафилококки, однако его лабораторию довольно часто можно было найти в неопрятном состоянии, что и оказалось причиной открытия.
3 сентября 1928 года Флеминг возвратился в свою лабораторию после того, как целый месяц отсутствовал. Он попытался собрать все стафилококки, и тут ему на глаза попалась одна пластина, на которой образовались плесневые грибы, а находящиеся на нем колонии стафилококков были истреблены, и остальных колоний практически не было. Исследователь взял с собой грибы, образовавшиеся на пластине с его культурами, отнес их к роду пеницилловых, и выделенное вещество назвал пенициллином. При дальнейшем исследовании он заметил, что пенициллин оказывает воздействие на стафилококки и иные возбудители, вызывающие пневмонию, скарлатину, дифтерию и менингит. Но данное средство не могло бороться с брюшным тифом и паратифом.
Публикация открытия Флеминга.
Отчет о своём новом открытии Флеминг опубликовал в 1929 году в одном Британском журнале, который был посвящен экспериментальной патологии. В этом же году он все еще занимался исследованиями и вскоре обнаружил, что осуществлять работу с пенициллином сложно, производство протекает довольно медленно, к тому же, пенициллин не способен приживаться в человеческом теле очень долго для уничтожения бактерий. Также учёному не удавалось извлечь и прочистить активное вещество.
До начала 1942 года ученый пытался совершенствовать новое изобретение, однако до 1939 года ему не удавалось вывести безупречную культуру. В 1940 году англо-немецкий биохимик Хоуард Уолтер Флори и Эрнст Борис Чейн активным образом пытались очистить и получить пенициллин, и через какой-то промежуток времени они произвели необходимое количество пенициллина для того, чтобы лечить раненых.
Уже в начале 41-ых годов пенициллин удалось получить в требуемых масштабах для положительной дозы. Первым человеком, которого спасли посредством совершенного нового антибиотика, был 15-летний юноша, у которого было заражение крови. В 1945 году Флемингу, Чейну и Флори присудили Нобелевскую премию по медицине и физиологии «За открытие пенициллина и его целебного воздействия при любых инфекционных заболеваниях».
Пенициллин в медицине.
Во время Второй мировой войны на территории США уже занимались производством пенициллина, что спасло от ампутации конечностей огромное количество солдат США и соседних стран. С течением времени способ создания антибиотика усовершенствовали, а начиная с 1952 года, довольно доступный пенициллин стали использовать в мировых масштабах.Пенициллин помогает бороться с различными заболеваниями: остеомиелитом, сифилисом, пневмонией, родильной горячкой. Также он помогает предотвращать образование инфекций после ожогов и ранений - в прежние времена все данные болезни имели смертельный исход. При развитии фармакологии выделили и синтезировали антибактериальные средства иных категорий, и когда получили иные типы антибиотиков, смогли бороться с такой смертельной болезнью, как туберкулёз.
В течение пару десятилетий антибиотики были панацеей от любых заболеваний, однако ещё сам Александр Флеминг говорил, что не нужно применять пенициллин до диагностики болезни, и не нужно применять антибиотик на небольшой отрезок и в небольших дозах, потому что при данных условиях у бактерий может развиться устойчивость. Большинство экспертов полагают, что антибиотики неэффективны в борьбе с болезнями, однако в этом виноваты и сами пациенты, которые не всегда принимают антибиотики по показаниям врача или в требуемых дозах.
«Проблема резистентности довольно велика и затрагивает любого. Это приводит к огромной тревоге учёных, мы можем вновь возвратиться в доантибиотиковую эпоху, так как все микробы будут резистентны, ни один антибиотик не будет способен действовать на них. Наши тщательные действия стали причиной того, что у нас больше не будут использоваться довольно мощные лекарства. Лечить как туберкулёз, СПИД, ВИЧ, малярию будет просто невозможно», - добавила Галина Холмогорова.
Лишь поэтому при лечении с помощью антибиотиков необходимо относиться довольно ответственно и соблюдать следующие правила:
- нельзя их принимать без рекомендации врачей;
- не останавливать начатый курс лечения;
- запомнить, что они не помогают при вирусных инфекциях.
Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства