Лабораторный «беспорядок» и пытливый глаз шотландца: Прелюдия к великому открытию
Сегодня наш рассказ пойдёт не о блестящих теоретических построениях или выверенных до микрона экспериментах, а о том, как обыкновенная плесень, по недосмотру поселившаяся в чашке Петри, подарила человечеству одно из самых могущественных орудий в борьбе со смертельными недугами. И главным героем этой истории, конечно же, станет Александр Флеминг, шотландский бактериолог, человек, чьё имя навсегда вписано золотыми буквами в анналы медицины.
Чтобы понять всю прелесть и, если хотите, иронию этого открытия, надобно хоть немного узнать о самом Флеминге и той среде, в которой он творил. Родился наш герой 6 августа 1881 года в шотландском графстве Айршир, в многодетной фермерской семье. Ранняя смерть отца, необходимость с юных лет помогать по хозяйству – всё это закалило его характер, но вряд ли предвещало блестящую научную карьеру. Однако судьба, как известно, любит делать крутые виражи. Получив небольшое наследство, молодой Александр решил посвятить себя медицине и поступил в медицинскую школу при больнице Святой Марии в Лондоне. И это был, без преувеличения, судьбоносный выбор.
Больница Святой Марии, а точнее, её исследовательский отдел, возглавляемый знаменитым профессором Алмротом Райтом, одним из пионеров вакцинотерапии и иммунологии, стала для Флеминга настоящей альма-матер. Здесь он проработал практически всю свою жизнь, пройдя путь от скромного студента до профессора бактериологии и главы Института Райта-Флеминга.
Флеминг не был педантом в классическом смысле этого слова. Его лаборатория, по воспоминаниям современников, часто напоминала склад забытых экспериментов. Чашки Петри с культурами бактерий могли неделями стоять на столах, покрываясь пылью и, как оказалось, не только ею. Некоторые биографы даже называют его неряшливым, но, возможно, именно эта некоторая «рассеянность» и нежелание немедленно избавляться от «неудавшихся» опытов и сыграли свою роль. Ведь для того, чтобы заметить нечто необычное, нужен не только острый глаз, но и объект для наблюдения, который не был преждевременно отправлен в мусорную корзину.
Ещё до своего главного открытия Флеминг уже успел прославиться. В 1922 году он, опять же, не без доли случайности, открыл лизоцим – фермент, содержащийся в слюне, слезах, яичном белке и других биологических жидкостях, обладающий антибактериальным действием. История гласит, что Флеминг, будучи простуженным, капнул слизью из собственного носа в чашку Петри с культурой бактерий и через некоторое время обнаружил, что в месте попадания капли бактерии растворились. Это открытие, хоть и не привело к созданию универсального лекарства (лизоцим был эффективен лишь против некоторых, не самых опасных бактерий, и был безвреден для лейкоцитов, в отличие от тогдашних антисептиков), но оно укрепило веру Флеминга в то, что в самой природе существуют вещества, способные бороться с инфекциями. Он был одержим идеей найти «идеальный антисептик», который убивал бы бактерии, не нанося вреда тканям человеческого организма.
И вот, в этой самой лаборатории, где творческий поиск соседствовал с некоторым пренебрежением к идеальному порядку, где в воздухе витали споры не только научные, но и самые что ни на есть грибковые, и суждено было произойти одному из величайших открытий XX века. Открытию, которое началось с забытой чашки Петри и невзрачного пятнышка плесени.
Забытая чашка, отпуск и «сок плесени»: Как случайность постучалась в дверь лаборатории
На дворе стоял 1928 год. Лето в Лондоне, как это часто бывает, не баловало теплом, и многие горожане, включая нашего героя Александра Флеминга, стремились вырваться из душных стен города на природу, к морю, подальше от лабораторных запахов и микроскопов. Флеминг, как и многие его коллеги, собирался в отпуск, чтобы провести время с семьёй. Перед отъездом он, по обыкновению, оставил на своём лабораторном столе несколько чашек Петри с культурами стафилококков – тех самых бактерий, которые вызывают у человека множество неприятных, а порой и смертельно опасных заболеваний, от гнойников и фурункулов до сепсиса и пневмонии. Флеминг уже много лет изучал стафилококки, их изменчивость, их реакцию на различные вещества, пытаясь найти способ обуздать этих коварных микроскопических врагов.
Отпуск прошёл, как и положено отпуску, – быстро и незаметно. Вернувшись в свою лабораторию в больнице Святой Марии в начале сентября (по некоторым данным, это было 3 сентября 1928 года, хотя сам Флеминг позже называл и другие даты, что добавляет этой истории ещё больше житейской достоверности), учёный принялся разбирать накопившиеся дела. Среди прочего, его взгляд упал и на те самые чашки Петри со стафилококками, которые он оставил перед отъездом. Большинство из них были безнадёжно испорчены, заросли бактериями, и их следовало бы просто выбросить. Но Флеминг, как мы уже знаем, не отличался излишней педантичностью в уборке, да и любопытство учёного порой заставляло его присматриваться к тому, на что другой махнул бы рукой.
И вот, перебирая эти чашки, он заметил нечто странное в одной из них. На поверхности агара, питательной среды для бактерий, выросла колония плесневых грибков – обычное дело для не слишком стерильной лаборатории, где окна часто бывали открыты, а споры плесени так и норовили залететь с улицы. Но удивительным было другое: вокруг этого пятнышка плесени, которое имело голубовато-зелёный оттенок, стафилококки не росли! Более того, те колонии бактерий, что находились поблизости от плесени, выглядели как-то иначе – они стали прозрачными, словно растворились, «лизировались», как говорят микробиологи. А на некотором расстоянии от плесени стафилококки росли как ни в чём не бывало, образуя сплошной мутный ковёр.
Другой учёный, возможно, просто выкинул бы эту «испорченную» культуру, списав всё на случайное загрязнение. Но Флеминг был не таков. Его пытливый ум, натренированный годами наблюдений за поведением микроорганизмов, его опыт с лизоцимом, подсказывали, что за этим «случайным» явлением может скрываться нечто важное. Он понял, что плесень выделяет какое-то вещество, которое губительно действует на стафилококки, подавляет их рост и даже разрушает их.
Флеминг аккуратно взял образец этой таинственной плесени и перенёс её на свежую питательную среду, чтобы вырастить чистую культуру. Плесень оказалась представителем рода Penicillium, а точнее, как позже установили микологи, вида Penicillium notatum (хотя некоторые современные исследования указывают, что это мог быть и близкородственный вид Penicillium rubens). Затем он провёл серию простых, но изящных экспериментов. Он выращивал эту плесень в жидкой питательной среде (бульоне) и обнаружил, что фильтрат этого бульона, то есть жидкость, в которой росла плесень, даже после удаления самих грибков, сохраняет свою антибактериальную активность. Этот «сок плесени», как он его поначалу называл, эффективно подавлял рост не только стафилококков, но и многих других грамположительных бактерий, вызывающих такие опасные болезни, как скарлатина, дифтерия, пневмония, гонорея. При этом на грамотрицательные бактерии (например, кишечную палочку или возбудителя брюшного тифа) он действовал гораздо слабее или не действовал вовсе. И что самое важное – этот «сок плесени» оказался практически безвредным для лейкоцитов человека, то есть для клеток иммунной системы, в отличие от многих антисептиков того времени, которые убивали не только бактерии, но и сами ткани организма.
Флеминг назвал это активное вещество, выделяемое плесенью Penicillium, пенициллином. В 1929 году он опубликовал статью о своём открытии в «Британском журнале экспериментальной патологии». В этой статье он подробно описал свои наблюдения, антибактериальные свойства пенициллина и предположил, что это вещество может быть использовано для лечения инфекций, вызванных чувствительными к нему бактериями.
Казалось бы, вот оно – то самое «идеальное антисептическое средство», о котором так долго мечтал Флеминг! Но путь от лабораторного открытия до создания эффективного лекарства оказался куда более долгим и тернистым, чем можно было предположить. И сам Флеминг, сделав этот гениальный первый шаг, так и не смог довести своё детище до практического применения. Пенициллин, этот будущий спаситель миллионов жизней, на долгие десять лет оказался почти забытым, пылясь на полках научных журналов, как та самая чашка Петри в лаборатории не слишком аккуратного, но гениально наблюдательного шотландского учёного.
От «бульона Флеминга» до чистого кристалла: Тернистый путь к лекарству
Итак, Александр Флеминг сделал своё эпохальное открытие. Он обнаружил, что невзрачная плесень Penicillium notatum выделяет некое вещество, способное убивать грозных врагов человечества – стафилококков и других опасных бактерий. Он назвал это вещество пенициллином, описал его свойства и даже предположил его возможное терапевтическое применение. Казалось бы, вот она, революция в медицине, вот оно, спасение от многих смертельных недугов! Но, увы, между лабораторным наблюдением и созданием эффективного лекарства часто лежит целая пропасть, которую не всегда удаётся преодолеть даже самому гениальному первооткрывателю.
Флеминг, будучи в первую очередь бактериологом, а не химиком, столкнулся с серьёзными трудностями при попытке выделить пенициллин в чистом виде и стабилизировать его. Тот «сок плесени», или «бульон Флеминга», с которым он работал, был очень нестойким, быстро терял свою активность. К тому же, концентрация активного вещества в нём была крайне мала. Чтобы получить хоть какое-то количество пенициллина, пригодного для экспериментов на животных, не говоря уже о лечении людей, требовалось переработать огромные объёмы плесневой культуры. А методов эффективной очистки и концентрирования этого капризного вещества в то время просто не существовало.
Флеминг провёл несколько опытов по применению своего «бульона» для лечения поверхностных инфекций, и результаты были обнадёживающими. Но для системного применения, для борьбы с инфекциями внутри организма, требовался чистый и стабильный препарат. Несколько раз Флеминг пытался заинтересовать химиков этой проблемой, но те, столкнувшись с трудностями выделения и очистки пенициллина, быстро теряли к нему интерес. Да и сам Флеминг, поглощённый другими исследованиями, постепенно отодвинул пенициллин на второй план. Его статья 1929 года, хоть и была опубликована в авторитетном научном журнале, не произвела особого фурора в медицинском мире. Большинство врачей и учёных просто не обратили на неё внимания или сочли пенициллин очередной лабораторной диковинкой, не имеющей практического значения.
Так прошло почти десять лет. Десять лет, в течение которых миллионы людей по-прежнему умирали от бактериальных инфекций, а пенициллин, это потенциальное чудо-лекарство, оставался лишь строчкой в научной публикации да воспоминанием о любопытном лабораторном феномене. Этот период часто называют «потерянным десятилетием» в истории пенициллина.
Но, как это часто бывает, идея, однажды посеянная, не умирает бесследно. Она ждёт своего часа, ждёт тех, кто сможет разглядеть в ней скрытый потенциал и довести дело до конца. И такие люди нашлись. В конце 1930-х годов группа учёных из Оксфордского университета, возглавляемая профессором патологии Говардом Флори и биохимиком Эрнстом Чейном (беженцем из нацистской Германии), заинтересовалась проблемой антибактериальных веществ природного происхождения. Они наткнулись на статью Флеминга о пенициллине и решили попытаться выделить это загадочное вещество в чистом виде.
Работа предстояла адская. Флори, Чейн и их небольшой, но преданный делу коллектив, в который входил и талантливый биохимик Норман Хитли, столкнулись с теми же проблемами, что и Флеминг: пенициллин был крайне нестоек и присутствовал в культуральной жидкости в ничтожных количествах. Но оксфордская группа обладала тем, чего не хватило Флемингу, – глубокими знаниями в области химии и биохимии, а также невероятным упорством и изобретательностью.
Хитли разработал остроумный метод экстракции и очистки пенициллина, основанный на изменении его растворимости в зависимости от кислотности среды. Чейн, используя новейшие методы, такие как лиофилизация (сушка замораживанием), сумел получить первые, ещё не очень чистые, но уже достаточно активные образцы пенициллина в виде порошка. Это был настоящий прорыв!
В 1940 году оксфордская группа провела первые успешные опыты на мышах. Животных заражали смертельной дозой стрептококков, а затем одной группе вводили пенициллин, а другой (контрольной) – нет. Результаты были ошеломляющими: все мыши, получавшие пенициллин, выжили, а все мыши из контрольной группы погибли. Это было неопровержимое доказательство того, что пенициллин – мощнейшее антибактериальное средство.
Теперь предстояло самое сложное – испытать препарат на людях и наладить его производство в количествах, достаточных для клинического применения. Первым пациентом, получившим пенициллин, стал в феврале 1941 года лондонский полицейский Альберт Александер, умиравший от сепсиса, вызванного стафилококковой и стрептококковой инфекцией после небольшой царапины на лице. После нескольких инъекций пенициллина состояние больного резко улучшилось: температура спала, гнойники стали заживать. Казалось, чудо свершилось! Но, увы, запасы драгоценного лекарства были ничтожно малы. Пенициллин приходилось извлекать даже из мочи пациента, чтобы использовать его повторно. И когда препарат закончился, инфекция вернулась, и полицейский умер.
Эта трагедия лишь укрепила решимость учёных. Нужно было срочно наращивать производство. Но Англия в это время вела тяжёлую войну с нацистской Германией, её ресурсы были на исходе, фармацевтическая промышленность не справлялась с военными заказами. И тогда Флори и Хитли приняли смелое решение: летом 1941 года они тайно отправились в США, взяв с собой образцы плесени Penicillium notatum (по легенде, они даже пропитали спорами плесени подкладки своих пиджаков, на случай если основные образцы будут утеряны или уничтожены).
В Америке, благодаря поддержке правительства и сотрудничеству с крупными фармацевтическими компаниями, удалось в кратчайшие сроки разработать технологию глубинного культивирования плесени и наладить промышленное производство пенициллина. Учёные искали и новые, более продуктивные штаммы грибка. Один из таких штаммов был найден на заплесневелой дыне, купленной на рынке в городе Пеория, штат Иллинойс. Эта «плесневелая Мэри», как её прозвали, оказалась настоящей находкой, производя в сотни раз больше пенициллина, чем исходный штамм Флеминга.
Так, благодаря совместным усилиям учёных и промышленников по обе стороны Атлантики, пенициллин из лабораторной диковинки превратился в мощное лекарство, готовое спасать миллионы жизней. Тернистый путь от случайного наблюдения в запылённой чашке Петри до ампулы с живительным порошком был пройден. Начиналась новая эра в истории медицины – эра антибиотиков.
Пенициллиновая лихорадка: Как «чудо-лекарство» изменило медицину и ход войны
К 1943 году промышленное производство пенициллина в США, а затем и в Великобритании, набрало такие обороты, что его стало хватать не только для экспериментальных целей, но и для широкого клинического применения. И это произошло как нельзя вовремя. Вторая мировая война была в самом разгаре, и миллионы солдат на фронтах и мирных жителей в тылу страдали от раневых инфекций, пневмоний, сепсиса – тех самых недугов, перед которыми медицина того времени часто была бессильна. Пенициллин стал для них настоящим спасением, «чудо-лекарством», способным возвращать к жизни даже безнадёжных больных.
Первыми, кто в полной мере ощутил на себе благотворное действие нового препарата, стали, конечно же, раненые солдаты союзных армий. До появления пенициллина любая, даже не слишком серьёзная рана могла привести к гангрене, заражению крови и мучительной смерти. Хирургам часто приходилось прибегать к ампутациям, чтобы спасти жизнь пациенту. С появлением пенициллина ситуация кардинально изменилась. Препарат эффективно подавлял рост гноеродных бактерий, предотвращал развитие осложнений, ускорял заживление ран. Смертность от раневых инфекций в госпиталях, где применялся пенициллин, снизилась в разы. Говорят, что Вторую мировую войну выиграл не только танк и самолёт, но и пенициллин. И в этом есть большая доля правды. Он спас больше жизней, чем любое другое лекарство в истории человечества.
Но не только на полях сражений пенициллин творил чудеса. Он произвёл настоящую революцию и в гражданской медицине. Пневмония, скарлатина, дифтерия, гонорея, сифилис, ревматизм, остеомиелит – эти и многие другие бактериальные инфекции, которые раньше считались смертельно опасными или приводили к тяжёлым осложнениям, теперь поддавались лечению. Детская смертность от инфекционных заболеваний резко пошла на убыль. Продолжительность жизни людей значительно увеличилась. Хирургия получила новые возможности: благодаря пенициллину стали безопаснее сложные операции, которые раньше часто заканчивались септическими осложнениями.
Весть о «чудо-лекарстве» быстро разлетелась по всему миру. Спрос на пенициллин был огромен, его не хватало. Он ценился на вес золота, его доставали по большому блату, его пытались синтезировать в подпольных лабораториях. Возникла настоящая «пенициллиновая лихорадка».
В Советском Союзе также велись работы по созданию собственного пенициллина. Ещё в 1942 году микробиолог Зинаида Ермольева получила первый отечественный образец препарата, названный «крустозином». Позже, благодаря штамму, привезённому из-за границы (по некоторым данным, тем самым, что был получен от Флори), удалось наладить и промышленное производство советского пенициллина, который также спас жизни тысячам советских солдат и гражданских лиц.
Открытие пенициллина ознаменовало начало новой эры в медицине – эры антибиотиков. Вслед за пенициллином были открыты и другие антибактериальные препараты – стрептомицин (эффективный против туберкулёза), тетрациклины, макролиды и многие другие. Казалось, что с бактериальными инфекциями покончено раз и навсегда.
В 1945 году Александр Флеминг, Говард Флори и Эрнст Чейн были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях». Это была заслуженная награда, признание их огромного вклада в спасение человечества. Флеминг, скромный шотландский учёный, в одночасье стал мировой знаменитостью. Его имя стало символом научной интуиции, наблюдательности и удачи.
Однако сам Флеминг до конца своих дней (он умер в 1955 году от инфаркта миокарда) оставался скромным человеком. Он всегда подчёркивал, что не он «изобрёл» пенициллин, а лишь «открыл» его, что это сделала сама природа. «Я только обратил внимание на явление и исследовал его», – говорил он. И в этой скромности – ещё одно проявление его гения.
Конечно, история пенициллина не закончилась на этом триумфе. Со временем бактерии научились приспосабливаться к антибиотикам, вырабатывать к ним устойчивость. Появились новые, более грозные инфекции. Гонка вооружений между человеком и микромиром продолжается и по сей день. Но тот первый, решающий прорыв, сделанный благодаря случайному наблюдению Флеминга и самоотверженному труду Флори, Чейна и их коллег, навсегда изменил облик медицины и подарил человечеству надежду на победу в этой извечной борьбе.
И каждый раз, когда мы принимаем антибиотик, чтобы справиться с болезнью, мы должны помнить о той заплесневелой чашке Петри в лондонской лаборатории, о том «соке плесени», который оказался сильнее самых грозных бактерий, и о тех людях, чей гений, упорство и немного удачи подарили нам это бесценное оружие. Ведь история пенициллина – это не просто история научного открытия. Это история о том, как случайность, помноженная на пытливый ум и самоотверженный труд, способна изменить мир к лучшему.