Значение открытия пенициллина
Открытие пенициллина стало поворотным моментом в истории медицины, ознаменовав начало эры антибиотиков. Это революционное достижение не только изменило подход к лечению инфекционных заболеваний, но и значительно увеличило среднюю продолжительность жизни человечества — с 40-50 лет в XIX веке до 80 и более лет в XX столетии. Пенициллин, первый в мире антибиотик, спас сотни миллионов жизней и продолжает оставаться одним из важнейших лекарственных средств современности.
Создание этого препарата положило начало разработке и производству других антибиотиков, таких как стрептомицин, хлорамфеникол, тетрациклин, образовав самую большую группу антибактериальных препаратов — β-лактамов. По некоторым оценкам, благодаря пенициллину в годы Второй мировой войны и после нее были спасены около 200 миллионов человек. Это открытие неоднократно признавалось одним из важнейших научных достижений в истории человечества.
История пенициллина — это не просто хронология научных открытий, а увлекательная сага, полная случайностей, настойчивости, сотрудничества и драматических поворотов. Она охватывает период от древних цивилизаций, эмпирически использовавших плесень в лечебных целях, до современных высокотехнологичных методов производства антибиотиков. В этой статье мы подробно рассмотрим все этапы этого удивительного пути — от первых наблюдений до массового производства и клинического применения.
Глава 1. Доисторические и древние истоки: использование плесени до научной эры
Интересно, что целебные свойства плесени были известны человечеству задолго до научного открытия пенициллина. Археологические и исторические свидетельства указывают на то, что различные культуры эмпирически использовали плесневые грибы для лечения инфекций на протяжении тысячелетий.
На зубах останков неандертальцев, найденных в пещере Эль-Сидрон, были обнаружены цепочки ДНК, связанные с плесенью Penicillium. Ученые предполагают, что бактерицидные свойства плесени могли быть известны уже в то время и использовались для лечения диареи, вызванной бактериальным заражением. Это удивительное открытие свидетельствует о возможных доисторических истоках применения антимикробных свойств плесени.
В древнем Египте врачеватели также использовали плесень в медицинских целях. Папирусы врача Имхотепа, датируемые XXVIII-XXVII веками до н.э., содержат информацию о лечении поверхностных ран заплесневелым хлебом. Эта практика, вероятно, основывалась на многовековых наблюдениях за целебным эффектом плесени на инфицированные раны.
Знаменитый персидский ученый Авиценна (Ибн Сина) в XI веке в своем "Каноне врачебной науки" описывал положительный эффект плесени при лечении гнойных заболеваний. Его труды систематизировали медицинские знания того времени и включали рекомендации по использованию плесневых грибов.
В эпоху инков (XV-XVI вв.) южноамериканские индейские знахари также применяли плесень в лечебных целях. Боливийский специалист по этноботанике Энрике Облитас Поблете в 1963 году описал эти практики, свидетельствующие о независимом открытии антимикробных свойств плесени в разных культурах.
В Европе XVI века швейцарский врач и философ Парацельс в своих трудах упоминал о лечебном действии плесени. Он был одним из первых, кто попытался дать теоретическое обоснование этому эмпирическому знанию. Интересно, что бедуины Северной Африки на протяжении веков готовили целебную мазь из плесени, которую соскребали с ослиной упряжи.
Эти разрозненные исторические факты свидетельствуют о том, что антимикробные свойства плесени были независимо обнаружены разными культурами в различные исторические периоды. Однако все эти применения оставались на уровне народной медицины и не переросли в систематическое научное исследование до XIX века.
Глава 2. Научные предшественники: первые исследования (XIX – начало XX века)
Переход от эмпирического использования плесени к научному изучению ее свойств начался в XIX веке, когда исследователи стали применять экспериментальные методы для изучения антимикробного действия плесневых грибов.
В 1860-х годах русские ученые Алексей Полотебнов и Вячеслав Манассеин провели систематическое исследование свойств зеленой плесени. Их лабораторные эксперименты показали, что плесень подавляет рост бактерий. Полотебнов пошел дальше и создал антисептическую эмульсию на основе плесени, которая продемонстрировала эффективность при лечении пациентов с кожными инфекциями. В 1872 году ученые опубликовали результаты своих исследований в статье "Патологическое значение плесени", но медицинское сообщество не обратило на их работу должного внимания, и разработка препарата не была продолжена .
В 1896 году итальянский врач Бартоломео Гозио, изучая причины поражения риса плесенью, вывел формулу антибиотика, схожего с пенициллином. Однако, не найдя практического применения своему открытию, он не смог привлечь к нему внимание научного сообщества, и работа была забыта .
Годом позже, в 1897 году, французский военный врач Эрнест Дюшен сделал важный шаг вперед. Он заметил, что арабские конюхи собирают плесень с сырых седел и используют ее для лечения ран лошадей. Дюшен тщательно исследовал эту плесень, идентифицировав ее как Penicillium glaucum, и провел эксперименты на морских свинках, выявив разрушающее действие плесени на палочку брюшного тифа (Escherichia coli). Это было первое в мире клиническое испытание пенициллина. Однако, когда 23-летний Дюшен представил результаты своих исследований в виде докторской диссертации в парижский Институт Пастера, его работа не получила признания, вероятно, из-за молодого возраста и недостаточного авторитета исследователя. Впоследствии Дюшен умер от туберкулеза — заболевания, лекарство от которого он, по сути, открыт.
В 1913 году американские ученые Карл Альсберг и Отис Фишер Блэк добились определенного прогресса, получив из плесени кислоту с противомикробными свойствами. Однако их исследования были прерваны началом Первой мировой войны.
Эти ранние работы, несмотря на их значимость, не привели к созданию эффективного лекарственного средства. Причин этому было несколько: отсутствие теоретической базы для понимания механизма действия, технические трудности выделения активного вещества, скептицизм научного сообщества и исторические обстоятельства (войны, отсутствие финансирования). Тем не менее, эти исследования создали предпосылки для главного открытия, которое совершил Александр Флеминг.
Глава 3. Александр Флеминг и случайное открытие (1928–1929)
История главного открытия Александра Флеминга полна удивительных совпадений и, как часто бывает в науке, в значительной степени обязана случаю. Сам Флеминг позднее шутил: "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 именно это и произошло.
Александр Флеминг (1881-1955) был шотландским бактериологом, работавшим в больнице Святой Марии в Лондоне. Во время Первой мировой войны он служил военным врачом и, наблюдая за страданиями раненых солдат, умиравших от инфекций после, казалось бы, успешных операций, начал поиски средства, способного предотвратить эти трагедии. Этот опыт во многом определил направление его дальнейших исследований.
В 1918 году Флеминг вернулся в Лондон и продолжил работу в бактериологической лаборатории. Его первые значительные исследования были связаны не с пенициллином, а с другим антибактериальным веществом — лизоцимом. В 1922 году, после неудачных попыток выделить возбудителя обычных простудных заболеваний, он открыл антибактериальную составляющую слез, слюны и носовой слизи — фермент лизоцим, который убивал некоторые бактерии, не повреждая здоровые ткани. Материал для исследований Флеминг получал необычным способом — закапывая лимонный сок в глаза себе, коллегам и студентам (последним — за небольшое вознаграждение). Однако оказалось, что лизоцим не действует на наиболее опасные болезнетворные микробы, что побудило Флеминга продолжить поиски более эффективного противомикробного средства.
Поворотный момент наступил в 1928 году. Флеминг, будучи наблюдательным, но, по его собственному признанию, не очень аккуратным исследователем, оставил на лабораторном столе невымытые после работы чашки Петри с культурами стафилококков и уехал отдыхать на месяц. По возвращении 3 сентября он обнаружил, что одна из чашек загрязнилась плесенью, и к своему удивлению увидел, что вокруг пятен плесени образовались зоны, в которых бактерии не росли.
Эта плесень относилась к редкому виду Penicillium notatum (по другим данным — Penicillium chrysogenum) и, вероятно, была занесена из расположенной этажом ниже лаборатории, где выращивали образцы плесени из домов больных бронхиальной астмой. Важную роль сыграли и погодные условия: наступившее в Лондоне похолодание способствовало росту плесени, а последовавшее потепление — росту бактерий, что сделало антибактериальный эффект особенно заметным.
Флеминг тщательно изучил это явление. Он снял платиновой петлей немного плесени и поместил ее в пробирку с бульоном, а разросшуюся культуру сохранил для дальнейших исследований (эту чашку Петри он хранил до самой смерти). Ученый показал необычные культуры своему бывшему помощнику Мерлину Прайсу, который заметил: "Вот так же вы открыли и лизоцим".
Дальнейшие эксперименты подтвердили, что плесень вырабатывает вещество, убивающее бактерии. Флеминг установил, что даже при разведении в 800 раз культуральная жидкость подавляла рост стафилококков и некоторых других бактерий, таких как стрептококки, пневмококки, гонококки, дифтерийная палочка и бациллы сибирской язвы, но не действовала на кишечную и тифозную палочки, а также возбудителей гриппа, паратифа и холеры. Особенно важным было открытие, что пенициллин не оказывает вредного влияния на лейкоциты человека даже в дозах, значительно превышающих бактерицидные.
7 марта 1929 года Флеминг назвал выделенное вещество "пенициллином". В своих записях он отмечал: "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 внутрішньо".
Однако дальнейшие исследования столкнулись с серьезными трудностями. Полученный Флемингом раствор пенициллина был нестабильным, с трудом поддавался очистке и быстро терял активность — уже через две недели хранения культуральная жидкость полностью лишалась бактерицидных свойств. Не будучи химиком, Флеминг не смог выделить чистое активное вещество в количествах, достаточных для терапевтического применения. Лондонское научное общество отнеслось к открытию скептически, заявив: "Вещество слишком нестойкое и с химической точки зрения не заслуживает никакого внимания".
Флеминг ограничился использованием пенициллина в своей работе для дифференцирования бактериальных культур, поделился образцами культуры пенициллинового гриба с коллегами и в 1929 году опубликовал статью о своем открытии в British Journal of Experimental Pathology. На этом его активная работа с пенициллином практически прекратилась, и в течение почти десяти лет это открытие оставалось малоизвестным научным курьезом.
Александр Флеминг, первооткрыватель пенициллина, скромно заметил во время вручения Нобелевской премии:
«Вы говорите, что я что-то изобрел; на самом деле я только увидел — увидел то, что создано Господом для человека. Честь и слава принадлежат не мне, а Богу»
Глава 4. Оксфордская группа: Флори, Чейн и превращение пенициллина в лекарство (1938–1941)
"Второе рождение" пенициллина произошло через десять лет после открытия Флеминга, благодаря работе группы ученых Оксфордского университета. Ключевую роль в этом сыграли патолог Ховард Флори (1898-1968) и биохимик Эрнст Чейн (1906-1979).
Флори, профессор патологии в Оксфорде, заинтересовался антибактериальными веществами после работы с лизоцимом, открытым Флемингом. В 1938 году, завершая исследования этого фермента, он привлек к сотрудничеству Чейна, немецкого еврея, эмигрировавшего в Англию после прихода к власти нацистов. Чейн, имевший химическое образование и опыт работы в берлинской клинике "Шарите", занялся поиском природных антимикробных веществ. Именно он обнаружил в библиотеке статью Флеминга 1929 года о пенициллине и загорелся идеей выделить это вещество в чистом виде.
Начав работу в 1939 году, Флори, Чейн и их коллеги столкнулись с огромными трудностями. Им приходилось использовать примитивное оборудование — например, молочные бидоны вместо лабораторных колб. Тем не менее, к 1940 году им удалось разработать методику выращивания плесени Penicillium, приемы выделения и очистки активного вещества. Используя метод лиофилизации (сублимационной сушки), они получили коричневый порошок, который, хотя и не был полностью чистым, обладал стабильной антибактериальной активностью.
Первые испытания на животных дали ошеломляющие результаты. 25 мая 1940 года был проведен знаменитый эксперимент с восемью мышами, зараженными смертельной дозой стрептококков. Четырем из них вводили пенициллин каждые три часа. К утру следующего дня все необработанные мыши погибли, в то время как получившие препарат оставались здоровыми. Обычно сдержанный Флори был потрясен, назвав результат "похожим на чудо".
В 1940 году оксфордская группа опубликовала в журнале "Ланцет" статью "Пенициллин как химиотерапевтический агент", которая привлекла внимание научного сообщества к потенциалу нового препарата. Однако перед исследователями встала новая проблема — как получить достаточное количество пени
Зинаида Ермольева, создательница советского аналога пенициллина, говорила о своем препарате:
«Первый советский пенициллин-крустозин творил чудеса... Он значительно задерживал рост микробов, вызывающих заражение крови, воспаление легких и газовую гангрену»
Ее слова передают восторг от практического применения открытия.
Говард Флори, один из разработчиков технологии производства пенициллина, после визита в СССР назвал Ермольеву:
«Госпожа Пенициллин»
Заключение
История пенициллина — это пример того, как случайное открытие переросло в медицинскую революцию. От первых наблюдений за плесенью до массового производства антибиотиков человечество прошло долгий путь, который изменил подход к лечению инфекций.
Несмотря на появление новых препаратов, пенициллин остается символом победы науки над болезнями. Его открытие напоминает нам о важности фундаментальных исследований и международного сотрудничества в медицине.
Современные исследователи оценивают влияние пенициллина так:
«Распространение антибиотиков — главная причина того, что средняя продолжительность жизни на Земле с 1950 года по 2017 год выросла с 47,7 лет до 71,0 года»