Пенициллин: знакомая всем история?

Появление этого лекарства без преувеличения стало революционным и во многом изменило мир – ​жизнь человечества после изобретения пенициллина разделилась на «до» и «после». Лекарства, спасшего от смерти такое количество людей, в предыдущей мировой истории попросту не было. Благодаря пенициллину средняя продолжительность жизни увеличилась вдвое, в среднем с 40-50 лет в XIX веке до 80 и больше – ​в ХХ.

Поиски

Свое название пенициллин получил от плесневого грибка Penicillium, неизменного спутника человека. Как только одна из спор грибка оказывается в благоприятной среде, она начинает прорастать, набухать и в конце концов превращается в сплошную, похожую на свалявшийся войлок, массу. Открытие пенициллина не стало случайным, и, хотя создатели легенд предпочитают писать об «экспромтах» и «внезапных озарениях», мы с вами знаем, что в основе любого большого научного открытия лежат многие годы кропотливых поисков, экспериментов, а часто – ​и неудач. Изобретение этого лекарства не стало исключением. Как известно, за появление пенициллина человечество обязано быть благодарно британскому биохимику из Шотландии Александру Флемингу.

Во время Первой мировой войны он служил военным врачом. Как часто, испытывая бессильное отчаяние, он наблюдал, как его пациенты, раненые солдаты, умирали в муках после успешно проведенной операции от начавшейся гангрены или сепсиса. Флеминг начал искать средство изменить этот «естественный» ход вещей. В 1918 году он вернулся в Лондон, где продолжил свою работу в бактериологической лаборатории больницы Святой Марии. Спустя четыре года ему удалось достичь первых результатов. История этого успеха очень похожа на историю главного открытия его жизни, случившуюся шестью годами позднее.

Итак, простуженный Флеминг, только что поместивший очередную культуру бактерий Micrococcus lysodeicticus в чашку Петри, внезапно чихнул. Когда же несколькими днями позже он вновь открыл чашку с помещенной туда культурой, то обнаружил, что часть бактерий погибла.

Первый же анализ содержимого показал, что погибли именно те бактерии, на которые случайно попала при чихании слизь. Ученый заинтересовался этим и продолжил испытания. Их результатом стало открытие лизоцима, естественного фермента слизи человека, животных и некоторых растений. К сожалению, ряд особенностей, присущих лизоциму, не позволил использовать его в качестве универсального противомикробного средства. Тем не менее окрыленный своей находкой Флеминг ­продолжил поиски «убийцы бактерий». К 1928 году он уже приобрел репутацию ученого с европейским именем, но исследования пока не давали оснований предполагать, что он стоит на пороге грандиозного события. Как писал сам Флеминг: «Когда я проснулся на рассвете 28 сентября 1928 года, я, конечно, не планировал совершить в этот день революцию в медицине своим открытием первого в мире антибиотика». Но произошло именно это.

Здесь будет уместным вспомнить одно шутливое выражение – ​«лень – ​двигатель прогресса». У Флеминга не было привычки выбрасывать культуры и мыть лабораторную посуду сразу же по окончании эксперимента, хотя после каждого опыта чашки Петри положено было не только мыть, но и стерилизовать. Обычно ученый занимался этой скучной работой, когда на рабочем столе накапливалось уже два-три десятка чашек.

«Как только вы открываете чашку с культурой, вас ждут неприятности, – ​вспоминал Флеминг. – ​Обязательно что-нибудь попадет в нее из воздуха». Однажды, когда он занимался исследованием вируса гриппа, в одной из чашек Петри обнаружилась плесень, которая, к удивлению ученого, уничтожила высеянную культуру – ​колонии золотистого стафилококка, и теперь вместо желтой мутной массы виднелись лишь капли, похожие на росу. Флеминг снял платиновой петлей немного плесени и поместил ее в пробирку с бульоном. Из разросшейся в бульоне культуры он отщипнул кусочек площадью примерно в квадратный миллиметр и отставил в сторону эту чашку Петри (он будет хранить ее до самой смерти). Ученый показал загрязненные грибами культуры своему бывшему помощнику Мерлину Прайсу, который прокомментировал увиденное: «Вот так же вы открыли и лизоцим».

Разработка

После обнаружения гибели стафилококков Флеминг продолжил опыты, чтобы проверить свое предположение о бактерицидном влиянии плесневого грибка. Он пересадил несколько спор из своей чашки на питательный бульон в колбе и оставил их прорастать при комнатной температуре.

Поверхность вскоре покрылась толстой войлочной гофрированной массой. Вначале она была белой, затем стала зеленой, наконец – ​черной. Бульон же оставался прозрачным. Однако через несколько дней он приобрел очень интенсивный желтый цвет, выработав вещество, которое получить в чистом виде Флемингу не удалось, слишком нестойким оно оказалось. При хранении плесневой культуры в течение двух недель вещество полностью разрушилось, а культуральная жидкость лишилась своих бактерицидных свойств. Грибы, выросшие на пластине с полученными культурами, Флеминг отнес к роду Penicillium и спустя несколько месяцев, 7 марта 1929 года, назвал выделенное вещество пенициллином. Как вскоре выяснилось, даже при разведении до 800 раз культуральная жидкость подавляла рост стафилококков и некоторых других бактерий. Таким образом, было доказано мощное антагонистическое влияние найденного грибка на определенные бактерии.

При испытании антибиотических свойств пенициллина Флеминг в чашке со слоем студневидного питательного агара вырезал до самого дна полоску этого слоя, получившуюся щель заполнил желтой жидкостью, а затем произвел перпендикулярно к этой полоске штриховые посевы различных видов бактерий, доходившие до краев чашки.

Обнаружилось, что пенициллин в большей или меньшей степени подавлял рост не только ­стафилококков, но и стрептококков, пневмококков, гонококков, дифтерийной палочки и бацилл сибирской язвы, но не действовал на кишечную и тифозную палочку и возбудителей гриппа, паратифа, холеры. Чрезвычайно важным открытием было отсутствие вредного влияния пенициллина на лейкоциты человека даже в дозах, во много раз превышающих дозу, губительную для стафилококков. Это означало, что пенициллин безопасен для людей. Первые исследования Флеминга продемонстрировали ряд важных свойств пенициллина. Он писал: «Это эффективная антибактериальная ­субстанция, оказывающая выраженное действие на пиогенные кокки и палочки дифтерийной группы. Пенициллин даже в огромных дозах не токсичен для животных. Можно предположить, что он окажется эффективным антисептиком при наружной обработке участков, пораженных чувствительными к пенициллину микробами, или при его введении внутрь».

К сожалению, раствор оказался нестабильным и с трудом поддавался очистке, если речь шла о больших его количествах. Не будучи химиком, Флеминг не смог извлечь и очистить нужное ему активное вещество. В конце концов он оставил попытки использовать пенициллин в качестве терапевтического средства, но продолжал размышлять над природой своего открытия: «Пенициллин при взаимодействии с чувствительными микробами имеет некоторые преимущества перед известными химическими антисептиками. Хороший образец полностью уничтожит стафилококки, стрептококки и пневмококки даже при разведении 1 к 800. Он является более мощным ингибиторным агентом, чем карболовая кислота, и может быть применен к зараженным поверхностям и в неразбавленном состоянии, не вызывая раздражения и интоксикации. Даже при разведении в 800 раз он обладает более сильным действием, чем другие антисептики. Эксперименты, связанные с лечением гнойных инфекций, подтвердили, что это открытие действительно привело к прогрессу в медицине».

Следующий прорыв в этом направлении был сделан в 1938 году профессором Оксфордского университета, патологом и биохимиком Говардом Флори, который привлек к сотрудничеству Эрнста Бориса Чейна, получившего высшее ­химическое образование в Германии и в течение долгого времени работавшего в химической лаборатории очень известной берлинской клиники «Шарите». После прихода к власти нацистов Чейн, будучи евреем и сторонником левых взглядов, эмигрировал в Англию. Он продолжил исследования и сумел получить неочищенный пенициллин в количествах, достаточных для первых биологических испытаний – ​вначале на животных, а затем и на людях, в клинике. Спустя год сложнейших экспериментов по выделению и очистке продукта грибов ученым удалось получить первые 100 мг чистого пенициллина. К сожалению, своего первого пациента им спасти не удалось – ​антибиотик слишком быстро выводился почками, и имевшегося в распоряжении исследователей запасов пенициллина не хватило.

Чейн привлекает к испытаниям других специалистов: бактериологов, химиков, врачей. Создается т.н. Оксфордская группа.

Воплощение

Начало Второй мировой войны и бомбардировки Великобритании с воздуха, особенно сильные в 1940-41 гг., серьезно осложнили ­работу над новым лекарством. Оксфордская группа решает, на случай неблагоприятного развития военных событий, спрятать плесневые споры, пропитав бульоном прокладки пиджаков и карманов. Чейн говорил: «Если меня убьют, первым делом хватайте мой пиджак». Но уже в 1941 г. пенициллин впервые спасает жизнь человеку – ​подростку с заражением крови.

Результаты исследований были настолько обнадеживающими, что стала очевидна необходимость создания масштабного производства с технологией получения чистого лечебного препарата. Однако в воюющей Англии наладить массовое производство пенициллина не удалось – ​правительство не собиралось тратить драгоценные ресурсы на «сомнительные и дорогостоящие прототипы».

Летом 1941 года руководитель группы Флори отправляется в США, намереваясь усовершенствовать производство лекарства. На экстракте американской кукурузы выход пенициллина увеличился в 20 раз. Затем ученые задумывают поискать новые штаммы плесени, более продуктивные, чем Penicillium notatum. В их американскую лабораторию начинают поступать образцы плесени со всего мира. Специально нанятая сотрудница (она даже получает насмешливое прозвище – ​­Заплесневелая Мэри) скупает на рынке все испортившиеся ­продукты. Однажды в гнилой дыне находят продуктивный штамм ­­­­­P.  chrysogenum.

К этому времени Флори удается убедить американское правительство в необходимости производства антибиотика. В 1943 году в лаборатории американского доктора Роберта Ког­хилла продолжились исследования и впервые началось промышленное производство пенициллина. Технология массового выпуска пенициллина, сразу же получившего еще и второе название – ​«лекарство века», была передана на предприятия Pfizer и Merck.

Производство пенициллина в короткие сроки было поставлено на поток, и у миллионов людей появился шанс выжить…

Со времени открытия пенициллина прошло почти сто лет. Мы живем в эпоху антибиотиков и уже не воспринимаем их как чудо. Сегодня существует большое количество фармацевтических компаний, производящих пенициллин и пенициллиноподобные вещества. В борьбе за наше здоровье участвует уже четвертое поколение антибиотиков.

Пенициллин, когда-то открывший им дорогу, все еще «в строю». Он незаменим в хирургии, особенно при гнойных инфекциях. Часто пенициллин становится единственным средством при воспалениях, против которых оказались бессильны новые антибиотики. Но главное, что почин нескольких смелых ученых, сумевших не просто воспользоваться неожиданной удачей, но постичь возможности, данные нам самой природой, обусловил переход медицины на качественно новый уровень. И это столь великое, родившееся из столь малого, служит путеводной звездой для всех исследователей, в какой бы научной отрасли они ни вели свои упорные и смелые поиски.

Подготовил Роман Меркулов

Тематичний номер «Пульмонологія, Алергологія, Риноларингологія» № 1 (42), лютий 2018 р.