Пенициллин. Первый среди равных

Пенициллин. Первый среди равных

За всю историю человечества не было лекарства, которое спасло бы от смерти столько людей, сколько пенициллин. Это благодаря ему средняя продолжительность жизни человека увеличилась вдвое. В Европе в XVI веке она составляла 21 год, в XVII – 26, в XVIII – 34, в конце XIX – 50 лет. То есть росла, но понемногу. А теперь в развитых странах она достигла 80 лет и больше. И сделали это антибиотики и их король – пенициллин.

Он получил свое название от прародителя – плесневого грибка Penicillium, витающего в воздухе в виде спор, обитающего рядом с человеком. Когда одна из этих спор попадает в благоприятную среду, она прорастает, образует набухания, затем посылает во все стороны свои разветвления и превращается в сплошную войлочную массу.

История любого открытия обрастает легендами. Чем больше и принципиальнее открытие – тем больше легенд. Одна из излюбленных – «все произошло случайно». Ну, как случайно упало яблоко на голову Ньютона, и он открыл закон всемирного тяготения. Открытием пенициллина человечество обязано шотландскому биохимику Александру Флемингу. Хотя, конечно, то, что Флеминг натолкнулся на свойства плесени, было закономерным. Он шел к этому открытию годы.

Во время Первой мировой войны Флеминг служил военным врачом и не мог смириться с тем, что раненые после успешно проведенной операции все-таки погибали – от начавшейся гангрены или сепсиса. Больные умирали тогда вообще от любого воспаления. Флеминг стал искать средство, как предотвратить такую несправедливость.

В 1918 году Флеминг вернулся в Лондон в бактериологическую лабораторию больницы Св. Марии, в которой работал с 1906 года вплоть до самой смерти. В 1922 году пришел первый успех, чрезвычайно похожий на историю, шесть лет спустя приведшую к открытию пенициллина. Простуженный Флеминг, только что поместивший очередную культуру бактерий Micrococcus lysodeicticus в так называемую чашку Петри, – широкий стеклянный цилиндр с низкими стенками и крышкой, – неожиданно чихнул. Через несколько дней он открыл эту чашку и обнаружил, что в некоторых местах бактерии погибли. Судя по всему, в тех, куда попала слизь из его носа при чихании. Флеминг начал проверять. И в результате был открыт лизоцим – естественный фермент слизи человека, животных и, как позже выяснилось, некоторых растений. Он разрушает стенки бактерий и растворяет их, но при этом безвреден для здоровых тканей. Не случайно собаки зализывают раны – этим они снижают риск их воспаления.

Однако лизоцим действует на большинство бактерий довольно медленно. Кроме того, он сражается не с болезнетворными бактериями, а с сапрофитами – микроорганизмами-сожителями, которые всегда присутствуют в человеке. Лизоцим регулирует, чтобы их не стало слишком много и за счет этого они не превратились в паразитов.

Флеминг продолжал поиск универсального «убийцы бактерий».

После каждого опыта чашки Петри положено было стерилизовать. У Флеминга же не было привычки выбрасывать культуры и мыть лабораторную посуду сразу после эксперимента. Обычно он занимался этой малоприятной работой, когда на рабочем столе накапливалось два-три десятка чашек. Предварительно он осматривал чашки.

«Как только вы открываете чашку с культурой, вас ждут неприятности, – вспоминал Флеминг. – Обязательно что-нибудь попадет из воздуха». И однажды, когда он занимался исследованием гриппа, в одной из чашек Петри обнаружилась плесень, которая, к удивлению ученого, растворила высеянную культуру – колонии золотистого стафилококка, и вместо желтой мутной массы виднелись капли, похожие на росу. Флеминг снял платиновой петлей немного плесени и положил ее в пробирку с бульоном. Из разросшейся в бульоне культуры он взял кусочек площадью примерно в квадратный миллиметр и отставил в сторону эту чашку Петри (ученый хранил ее до самой смерти). Работу над стафилококками Флеминг отложил и целиком занялся изучением необычной плесени.

После исчезновения стафилококков в заплесневевшей чашке Петри он начал двигаться в этом направлении. Чтобы проверить свое предположение о бактерицидном влиянии плесневого грибка, Флеминг пересадил несколько спор из своей чашки на питательный бульон в колбе и оставил их прорастать при комнатной температуре.

Поверхность покрылась толстой войлочной гофрированной массой. Первоначально она была белой, потом стала зеленой и, наконец, почернела. Вначале бульон оставался прозрачным. Через несколько дней он приобрел очень интенсивный желтый цвет, выработав какое-то особое вещество, которое получить в чистом виде Флемингу не удалось, так как оно оказалось очень нестойким. При хранении плесневой культуры в течение двух недель оно полностью разрушается, и культуральная жидкость лишается своих бактерицидных свойств. Выделяемое грибком желтое вещество Флеминг назвал пенициллином.

Оказалось, что даже при разведении в 500–800 раз культуральная жидкость подавляла рост стафилококков и некоторых других бактерий. Таким образом, было доказано исключительно сильное антагонистическое влияние данного вида 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, затем произвел перпендикулярно к этой полоске штриховые посевы различных видов бактерий, доходившие до краев чашки. По тому, как далеко отстоит выросший на поверхности агара посев той или иной бактерии от полоски, можно судить о степени антибиотического влияния пенициллина.

Обнаружилось, что пенициллин подавлял в большей или меньшей степени рост не только стафилококков, но и стрептококков, пневмококков, гонококков, дифтерийной палочки и бацилл сибирской язвы, но не действовал на кишечную палочку, 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 безвредность пенициллина для людей.

Первоначальные исследования Флеминга дали ряд важных сведений о пенициллине. 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».

Флеминг назначил его нескольким пациентам для наружного применения. Однако результаты были противоречивыми. Раствор оказался нестабильным и с трудом поддавался очистке, если речь шла о больших его количествах.

Следующий шаг был сделан в 1938 году профессором Оксфордского университета, патологом и биохимиком Говардом Флори, который привлек к сотрудничеству Эрнста Бориса Чейна. Чейн получил высшее образование в области химии в Германии. Кроме того, Чейн был талантливым концертирующим пианистом, а также музыкальным критиком берлинской газеты. В промежутках между концертами и репетициями молодой человек пропадал в химической лаборатории известнейшей берлинской клиники «Шарите». Когда к власти пришли нацисты, Чейн, будучи евреем и сторонником левых взглядов, эмигрировал в Англию.

Эрнст Чейн продолжил исследования Флеминга. Он смог получить неочищенный пенициллин в количествах, достаточных для первых биологических испытаний сначала на животных, а затем и в клинике. После года мучительных экспериментов по выделению и очистке продукта капризных грибов удалось получить первые 100 мг чистого пенициллина. Первого пациента (полицейского с заражением крови) спасти не удалось – не хватило накопленного запаса пенициллина. Антибиотик быстро выводился почками.

Чейн привлек к работе других специалистов: бактериологов, химиков, врачей. Была сформирована так называемая Оксфордская группа.

Оксфордская группа решает спрятать плесневые споры, пропитав бульоном прокладки пиджаков и карманов. Чейн говорил: «Если меня убьют, первым делом хватайте мой пиджак». В 1941 году впервые в истории с помощью пенециллина удалось спасти от смерти человека с заражением крови – им стал 15-летний подросток.

К этому времени началась Вторая мировая война. Летом 1940 года над Великобританией нависла опасность вторжения. Оксфордская группа решает спрятать плесневые споры, пропитав бульоном прокладки пиджаков и карманов. Чейн говорил: «Если меня убьют, первым делом хватайте мой пиджак». В 1941 году впервые в истории удалось спасти от смерти человека с заражением крови – им стал 15-летний подросток.

Результаты исследований были настолько обнадеживающими, что стала ясна необходимость создания масштабного производства с технологией получения чистого лечебного препарата. Однако в воюющей Англии наладить массовое производство пенициллина не удалось. В 1941 году правительству страны в условиях все более частых бомбардировок было некогда заниматься неведомым «антибиотиком». Тем более что на лечение одного больного требовалось 1000 л плесени.

Летом 1941 года руководитель группы фармаколог Говард Флори отправляется совершенствовать технологию в США. На экстракте американской кукурузы выход пенициллина увеличился в 20 раз. Затем решили поискать новые штаммы плесени, более продуктивные, чем Penicillium notatum, когда-то прилетевший в окно Флемингу. В американскую лабораторию стали присылать образцы плесеней со всего мира. Наняли девушку Мэри Хант, закупавшую на рынке все заплесневелые продукты. И однажды Заплесневелая Мэри приносит с рынка гнилую дыню, в которой находят продуктивный штамм P. chrysogenum.

К этому времени Флори сумел убедить американское правительство и промышленников в необходимости производства первого антибиотика. В 1943 году в лаборатории доктора Роберта Когхилла в городе Пеории (штат Иллинойс) 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 было поставлено на поток, что спасло от гангрены и ампутации конечностей десятки тысяч американских и союзнических солдат. В 1945 году выпуск фармакопейного пенициллина высокой активности составлял 15 т в год, в 1950 году – 195 т. К чести британских ученых, они тогда даже не думали патентовать пенициллин. Оспаривать свое авторство Англии пришлось, когда янки заломили союзникам цену за продажу технологии промышленного производства.

В 1941 году в СССР поступили секретные данные о том, что в Англии создается мощнейший антимикробный препарат на основе какого-то вида грибков рода Penicillium. В Советском Союзе начали немедленно работать в этом направлении, и уже в 1942 году советский микробиолог Зинаида Ермольева получила пенициллин из плесени Penicillium Crustosum, взятой со стены одного из бомбоубежищ Москвы. В 1944 году Ермольева, после долгих наблюдений и исследований, решила испытать свой препарат на раненых. Ее пенициллин стал чудом для полевых врачей и спасительным шансом для многих раненых бойцов.

Несомненно, открытие и работы Ермольевой не менее значительны, чем работы Флори и Чейна. Они спасли множество жизней, уменьшили зависимость от иностранных поставок и позволяли производить пенициллин, так необходимый для фронта. Однако советский препарат получали кустарным способом в количествах, совершенно не соответствующих потребностям отечественного здравоохранения.

В 1945 году во Всесоюзном научно-исследовательском химико-фармацевтическом институте (ВНИХФИ) для ускорения работ по организации производства пенициллина была создана лаборатория. В июне 1946 года эту лабораторию возглавил Вил Зейфман. В течение года была создана полузаводская установка. 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 пенициллин, поступавший из-за границы, не давал побочных эффектов.

Купить технологии промышленного производства пенициллина СССР не мог: в США существовал запрет на продажу любых технологий, связанных с ним. Однако Эрнст Чейн, автор и владелец английского патента на получение пенициллина нужного качества, предложил свою помощь Советскому Союзу. Зейфман ознакомился с работами, проводимыми Чейном, и, кроме того, вывез из Англии штамм культуры, продуцирующей стрептомицин, который послужил первоосновой производства этого активного средства борьбы с туберкулезом. В сентябре 1948 года комиссия советских ученых, завершив работу, вернулась на родину. Результаты были оформлены в виде промышленных регламентов и успешно внедрены в производство на одном из московских заводов.

В Советском Союзе в это время началась борьба с «космополитизмом». В соответствии с новым политическим курсом руководители медицинской промышленности объявили, что материалы куплены у Чейна напрасно: все и так было хорошо известно отечественной науке, а виноват в этом «космополит» Зейфман. «Космополита» хотели отправить в ГУЛАГ, но научному сообществу удалось отстоять его, и он получил только пять лет ссылки.

Со времени открытия пенициллина прошла целая эпоха. Ее так и называют – эпохой антибиотиков. Сейчас на рынке около десяти компаний, производящих пенициллин. Среди лидеров – Pfizer, Teva, GSK. Пошло в ход уже четвертое поколение антибиотиков. К пенициллину же предъявляют претензии: бактерии к нему привыкли, и он нарушает микрофлору кишечника. Но бактерии стали устойчивы только к природному пенициллину, а сейчас применяются полусинтетические. Пенициллин остается незаменимым в хирургии, особенно при гнойных инфекциях. В отличие от химических антисептиков он не теряет свои свойства при наличии гноя. Нередко пенициллин становится последним средством при воспалениях, которые не поддаются новым антибиотикам.

На стене лондонского собора Св. Павла среди грандиозных надгробий адмирала Нельсона, Веллингтона и других великих людей Британии висит табличка: «Помяните Александра Флеминга, изобретателя пенициллина, чей прах покоится здесь».

На церемонии вручения Нобелевской премии по физиологии и медицине, которую Флеминг, Флори и Чейн получили в 1945 году за открытие пенициллина и его лечебного эффекта, Флеминг сказал: «Говорят, что я изобрел пенициллин. Но ни один человек не мог его изобрести, потому что это вещество создано природой. Я не изобретал пенициллин, я всего лишь обратил на него внимание людей и дал ему название».