Первый современный антибиотик: история открытия пенициллина
Как боролись с инфекциями до появления антибиотиков
Многие прошлые методы противостояния инфекционным болезням по современным меркам считаются варварскими. Вот некоторые наиболее известные:
Кровопускание. Этот метод терапии впервые возник в Древнем Египте (примерная дата, когда начало применяться кровопускание, — 1000 год до н.э.). Вплоть до 40-х годов XX века врачи могли рекомендовать его пациентам с тяжелой пневмонией. Процедура кровопускания была сопряжена с большим риском смерти от потери крови или сепсиса, но, по всей видимости, могла быть эффективна против некоторых бактерий на ранних стадиях инфекции. Ртуть. Соединения ртути применяли от сифилиса в период с 1363 по 1910 год. Благодаря тяжелому металлу на ранних стадиях половой инфекции ее можно было остановить, но вреда от такого лечения было больше, чем пользы. Потенциальные побочные эффекты — обширные повреждения кожи, слизистых оболочек, почек и мозга и смерть.Травы. В прошлом для лечения люди нередко прибегали к натуральным, но бесполезным растительным средствам. Ученые подтвердили клиническую эффективность лишь немногих из лечебных растений. Один из таких примеров — хинин. Это особое вещество, которое добывали из коры хинного дерева для лечения малярии. Впервые использование коры дерева для лечения лихорадки описали миссионеры в начале XVII века: древесную стружку сушили, измельчали в порошок, смешивали с водой и пили, чтобы облегчить симптомы. Сегодня медики продолжают использовать синтетический хинин для борьбы с тем же недугом.
Несмотря на все это, до изобретения антибиотиков люди оставались практически беззащитными перед инфекциями. Обыкновенная гнойная ангина могла спровоцировать тяжелые осложнения сердца и почек или привести к смерти. Опасны были и любые хирургические вмешательства. Статистика американских госпиталей конца XIX века показывает, что в 80% случаев у пациентов, перенесших операцию, развивалась гангрена, которая в 50% случаев заканчивалась смертью человека в период послеоперационного восстановления.
Изучение плесени как лекарства
Люди издревле догадывались об антибактериальных свойствах плесени и пытались использовать ее для борьбы с инфекциями. Персидский ученый Ибн Сина (Авиценна), живший в X веке, упоминал в своих трудах использование плесневых грибов для лечения ран. Позже, в XVI веке, швейцарский врач и алхимик Парацельс также отмечал возможные целебные свойства плесени. Однако эти наблюдения не получили должного развития: эксперименты с плесенью как с лекарственным средством возобновились только в конце XIX века.
Так, в 1896 году итальянский врач Бартоломео Гозио, изучая причины поражения плесенью риса, нашел вещество с антибактериальными свойствами. Годом позже французский ученый Эрнест Дюшен обнаружил, что определенные виды плесневых грибов могут уничтожать палочку брюшного тифа. Эта идея появилась у Дюшена, когда он заметил, что арабские конюхи обрабатывали плесенью с седел раны лошадей. Дюшен провел серию экспериментов на морских свинках, в ходе которых доказал, что плесень разрушает палочку брюшного тифа. Он даже написал диссертацию на эту тему и представил ее в Институт Пастера. Эрнест Дюшен настолько близко подобрался к открытию пенициллина, что спровоцировал споры о том, кто первым получил пенициллин. Некоторые люди и вовсе посчитали, что антибиотик был создан им, а не Александром Флемингом.
В действительности дела обстоят так, что оба открытия остались незамеченными: Дюшен продемонстрировал не конкретное вещество, а плесневую биомассу, работа не вызвала интереса, а Гозио не смог придумать, как и когда применять свое изобретение.
Как Александр Флеминг открыл пенициллин
Дату открытия группы антимикробных препаратов пенициллины (penicillin) традиционно отмечают 28 сентября 1928 года. В этот день перед отъездом в отпуск шотландский бактериолог Александр Флеминг забыл закрыть окно в лаборатории, в результате чего на образцы внутри надуло споры. Когда Флеминг вернулся к работе после отдыха, он обнаружил, что одна из его чашек Петри с колониями стафилококков была заражена плесенью. Прежде чем выбросить испорченный материал, Флеминг успел заметить нечто необычное: вокруг плесени, которая оказалась штаммом Penicillium notatum, не было бактерий. Это наблюдение и стало началом истории про пенициллин.
Флеминг понял, что плесень выделяет вещество, которое убивает бактерии. Он назвал его пенициллином и начал изучать. В 1929 году Флеминг опубликовал полученные результаты, но его работа не вызвала большого интереса. Причиной тому были сложности, с которыми столкнулся ученый:
пенициллин был нестабильным; пенициллин быстро терял свои свойства;пенициллин было трудно очистить от примесей.
Все это мешало применять антибиотик на практике. Но несмотря на трудности, Флеминг продолжил свои исследования, пытаясь выделить чистый пенициллин и стабилизировать его. Он понимал, что в случае успеха лекарство может стать революционным средством в борьбе с инфекциями.
Еще одна заслуга Флеминга — его упорство. На протяжении практически 10 лет ученый пытался заинтересовать коллег в своем открытии и выслал всем желающим образцы "бульона", содержащего пенициллин, чтобы те помогли ему стабилизировать активное вещество и очистить его от примесей. Из одного такого образца и выделили пенициллин через 10 лет.
Возрождение интереса к пенициллину: работа Флори, Чейна и Хитли
Несмотря на то, что первым, кто получил пенициллин, был Флеминг, изобретение готового лекарства было бы невозможно без вклада коллег микробиолога. В конце 1930-х годов в Оксфорде группа ученых под руководством австралийского патолога Говарда Флори и немецкого биохимика Эрнста Чейна заинтересовалась работой Флеминга. Они поняли, что на основе пенициллина можно создавать революционные лекарства, и решили продолжить исследования. Важно отметить, что к команде также присоединился Норман Хитли, талантливый биохимик, который отвечал за разведение целебной плесени. Во многом благодаря ему также был создан эффективный метод очистки антибиотика.
В конце концов у ученых все получилось: Чейн очистил пенициллин от экстракта плесени. Команда приступила к экспериментам над животными. Они заразили восемь мышей смертельной дозой бактерий, после чего ввели четырем из них первый антибиотик. На следующий день все мыши, которые не получили укол, погибли, в то время как грызуны, принявшие лекарство, были в порядке. Ученые опубликовали результаты своих наблюдений в 1940 году и продолжили работу над чудодейственным препаратом.
12 февраля 1941 года — знаменательная дата в истории создания антибиотиков. В этот день команда впервые провела эксперимент по введению пенициллина человеку. Лондонский полицейский Альберт Александр, страдавший от серьезной инфекции с гнойными воспалениями по всему телу, стал первым пациентом, которого лечили пенициллином. Оксфордская команда решила сделать Александру, находящемуся на грани смерти, укол антибиотика. Это привело к значительному улучшению состояния мужчины, но запасов вещества не хватило для полного выздоровления. Пенициллина было настолько мало, что ученые фильтровали мочу Александра, чтобы выделить из нее остатки вещества. И даже так Александр скончался. Этот случай доказал, что пенициллин обладает огромным потенциалом, но также подчеркнул важность его получения в промышленных масштабах.
Пенициллин во время Второй мировой войны
После успеха первых клинических испытаний пенициллина стало ясно истинное значение его открытия — ученые становятся обладателями ключа к победе над инфекционными заболеваниями. Но количество пенициллина, которое удалось извлечь команде Флори, было недостаточным для широкого использования. А учитывая то, что с началом Второй мировой войны потребность в эффективных антибиотиках многократно возросла, поставить его производство на поток нужно было как можно скорее. Проблема заключалась в том, что все мощности британских фармацевтических компаний были сосредоточены на нуждах фронта, в стране не было ресурсов для работы над новым лекарством. В 1941 году Флори и Хитли нашли выход: им пришлось отправиться в США для дальнейшей работы. Хитли настолько переживал, что разработка попадет в руки нацистов, что предложил применить хитрость и пропитать грибковыми спорами свое пальто. Такая перевозка казалась ему безопаснее.
В Америке сразу поняли важность пенициллина, Флори и Хитли получили необходимое внимание и финансирование. Совместно со специалистами из США они точно определили вид плесени, из которой появился пенициллин у Флеминга, и начали разрабатывать методы для масштабирования производства. В Америке также удалось обнаружить родственную первоначальному образцу плесень, которая выделяла в шесть раз больше пенициллина. Она тоже нашлась случайно, на мускусной дыне, которую принесла с рынка ассистентка.
Подпитывая плесневый гриб богатыми сахаром кукурузными отходами, команда смогла вывести производство пенициллина на промышленный уровень. И если в начале 1941 года пенициллина было недостаточно, чтобы вылечить одного человека, к 1944 году объем производства в США достиг 100 млрд единиц в месяц. Этого хватало для лечения 40 тыс. военных и гражданских.
Антибиотики не смогли полностью избавить нас от инфекций?
Важность открытия пенициллина невозможно переоценить. Оно ознаменовало новую эру в медицине: большинство опасных бактерий оказались побеждены. Это привело к увеличению средней продолжительности жизни людей (с 47 лет до 78,8 в США).
Но революция, запущенная Флемингом, сходит на нет: появляется все больше устойчивых к антибиотикам бактерий. Первые случаи резистентности были зафиксированы уже в 1940-х годах, и с тех пор проблема только усугублялась. Сегодня антибиотикорезистентность — одна из самых серьезных угроз для глобального здравоохранения. Ученые и медики по всему миру работают над созданием новых лекарств и стратегий борьбы с устойчивыми инфекциями, но проблема остается актуальной и требует постоянного внимания. Чтобы не вернуться в "темные века медицины", необходимо ограничить применение пенициллина и других антибиотиков. Лекарства такого рода важно принимать лишь по назначению врача и только для лечения бактериальных инфекций, иначе однажды мы снова можем оказаться беззащитными перед бактериями.
Итоги
Пенициллин — это первый антибиотик. Он был открыт Александром Флемингом в 1928 году. Благодаря ему люди смогли начать эффективно бороться с бактериальными инфекциями. У Флеминга не вышло выделить чистый пенициллин, но его работа стала основой для трудов Флори, Чейна и Хитли, которые смогли запустить лекарство в массовое производство. Сейчас антибиотики постепенно перестают работать: появляется все больше антибиотикорезистентных бактерий. Чтобы остановить этот процесс, необходимо внимательно подходить к приему подобных препаратов и пить их только по рекомендации врача.
Мария Богрянова