В начале XX века бактериальные инфекции оставались одной из главных причин смертности, а у врачей не было средств, способных эффективно влиять на болезнетворные микроорганизмы. Ситуация изменилась после 1928 года, когда Александр Флеминг обнаружил вещество, которое подавляет рост бактерий — пенициллин. Рассказываем об изобретении первого антибиотика подробнее.
Главное об открытии пенициллина
Пенициллин — это природный антибиотик, который способен уничтожать часть бактерий, вызывающих инфекции.
Александр Флеминг впервые выделил пенициллин в 1928 году в лаборатории больницы святой Марии в Лондоне.
Ученый обнаружил природный антибиотик случайно. Флеминг проводил опыты со стафилококками: выращивал их в чашках Петри, чтобы изучать особенности роста и поведение различных штаммов. Просматривая посевы после возвращения из отпуска, он заметил, что на одной чашке выросла плесень Penicillium, и рядом с ней стафилококки перестали образовывать колонии.
Флеминг установил, что плесень выделяет активное вещество, назвал его пенициллином и описал его действие, но не смог получить препарат в пригодной для использования форме.
Позже Говард Флори, Эрнст Борис Чейн и Норман Хитли разработали методы очистки пенициллина, показали его эффективность в опытах на животных и пациентах и подготовили технологию производства.
Кто и когда первым в мире открыл пенициллин
Пенициллин открыл в 1928 году британский бактериолог Александр Флеминг. Он работал в больнице святой Марии в Лондоне, занимался исследованиями стафилококков: Флеминг изучал, как эти бактерии образуют колонии, как реагируют на внешние условия, и почему некоторые штаммы становятся опасными для человека. В его лаборатории регулярно проводили посевы, чтобы наблюдать рост культур и проверять действие различных веществ.
В конце сентября 1928 года Флеминг обнаружил на одной из оставленных чашек Петри колонию плесени Penicillium notatum. Он обратил внимание, что вокруг плесени отсутствуют колонии стафилококков: зона вокруг грибка была прозрачной. Чтобы проверить наблюдение, Флеминг перенес плесень на чашки Петри со свежей питательной средой и повторил эксперимент. Результат оказался тем же — грибок вырабатывал вещество, которое разрушало бактериальные клетки.
Далее Флеминг исследовал свойства вещества:
определил, что оно активно против множества грамположительных бактерий;
показал, что его действие связано не с конкуренцией за питательную среду, а с выработкой растворимого антибактериального агента;
установил, что вещество быстро разрушается при нагревании и хранении, что осложняло выделение.
В 1929 году ученый опубликовал статью в Британском журнале Экспериментальной Патологии, где описал источник вещества, спектр его действия и методику наблюдений.
Превратить пенициллин в устойчивый лекарственный препарат удалось лишь через десять лет группе Говарда Флори и Эрнста Чейна.
До изобретения пенициллина: изучение лечебных свойств плесени
Интерес к лечебным свойствам плесени появился задолго до открытия пенициллина, но исследования были бессистемными. Они не приводили к выделению действующего вещества. Ученые фиксировали, что грибы рода Penicillium подавляют рост бактерий, однако не могли перейти от наблюдений к химическому анализу.
В 1875 году ирландский физик Джон Тиндаль заметил, что плесень заметно тормозила развитие бактериальных культур. Проводимые им опыты подтвердили сам факт взаимодействия, но не объяснили, какое вещество стоит за этим эффектом.
В 1885 году итальянский врач Винченцо Тиберио получил экстракт плесени из воды колодца и в ходе экспериментов сделал вывод, что он подавляет рост нескольких патогенных бактерий. Ученый указал на возможное существование растворимого антибактериального соединения, но не смог выделить его в чистом виде.
В 1897 году французский врач Эрнест Дюшен исследовал Penicillium glaucum и продемонстрировал, что экстракт плесени способен защищать животных от инфекции. Он фактически подошел к идее антибактериальной терапии, но его работу не признали, и направление не получило развития.
Несмотря на множество наблюдений, ни один исследователь XIX века не выделил активное вещество, не определил его химическую природу и не предложил метод получения стабильного препарата. Поэтому знания о влиянии плесени на бактерии оставались фрагментарными. Лишь работа Александра Флеминга позволила связать конкретный грибок с антибактериальным агентом и определить направление дальнейших исследований.
Дальнейшие исследования после открытия пенициллина
После открытия пенициллина в 1928 году Александр Флеминг продолжил работать с веществом, но не смог превратить его в препарат. Он показал, что пенициллин разрушает грамположительные бактерии, однако не нашел способа очистить его и сохранить активность: вещество быстро разрушается и нестабильно при хранении. На этом его исследования остановились.
В конце 1930-х годов к теме вернулась группа Оксфордского университета. Руководитель лаборатории патологии Говард Флори и биохимик Эрнст Борис Чейн поставили конкретную задачу: проверить, может ли пенициллин работать как лекарство. Чейн изучал химические свойства вещества и искал методы его извлечения, а Флори организовывал биологические опыты и подготавливал испытания на животных.
Биохимик Норман Хитли разработал систему экстракции и концентрирования пенициллина. Он предложил многоступенчатую схему, основанную на переходе вещества в кислую и щелочную формы. Методика впервые позволила получить пенициллин в количестве, достаточном для экспериментов.
В 1940 году команда провела испытание на мышах: после введения стрептококков и последующего лечения пенициллином животные выживали, тогда как контрольная группа погибала. Опыт стал первым убедительным доказательством терапевтического действия вещества.
В начале 1941 года Флори и его коллеги начали применять пенициллин для лечения пациентов с тяжелыми инфекциями. Они фиксировали быстрое улучшение состояния, но постоянно сталкивались с нехваткой вещества — Хитли собирал пенициллин даже из мочи пациентов, потому что организм выводит большую его часть в неизмененном виде. Все попытки получить достаточное количество вещества показывали одну и ту же проблему: лабораторные методы слишком медленные, чтобы обеспечить реальное лечение.
Чтобы решить вопрос производства, Флори и Хитли отправились в США и начали сотрудничать с исследовательским центром в Пеории. Американские специалисты Кеннет Рэйпер и Эндрю Мойр занялись поиском штаммов плесени, которые могут вырабатывать больше пенициллина. Лабораторный технолог Мэри Хант даже носила в лабораторию заплесневелые фрукты — и однажды ей повезло. Плесень на дыне оказалась штаммом Penicillium chrysogenum, который давал значительно больше пенициллина, чем штамм Флеминга. Ученые усилили его продуктивность с помощью мутагенеза — облучения ультрафиолетом и рентгеновским излучением.
Параллельно инженеры разработали метод глубокого ферментирования: выращивание грибка в больших резервуарах с контролируемой подачей воздуха и питательных веществ. Этот подход позволил производить пенициллин в промышленных масштабах. Уже к 1944 году предприятия США выпускали объемы, достаточные для лечения тысяч пациентов, а военные госпитали использовали пенициллин для предотвращения инфекций у раненых.
Работы Флори, Чейна, Хитли и американских исследователей завершили процесс, который начал Флеминг: они доказали действие пенициллина на животных и людях, нашли методы выделения вещества и создали технологию производства, пригодную для здравоохранения.
Вопросы и ответы
В разделе ответили на вопросы об открытии пенициллина.
Как ученые определяли активность пенициллина до появления современных методик?
Команды Флори и Чейна использовали биологические тесты: измеряли диаметры зон подавления роста бактерий или рассчитывали дозу, защищающую животных от инфекции. Химические анализы еще не делали. Концентрацию вещества определяли только по биологическому эффекту.
Чем пенициллин отличается от более поздних антибиотиков?
Пенициллин влияет на стенку грамположительных бактерий и разрушает ее. Позднее появились антибиотики других классов — тетрациклины, аминогликозиды, макролиды, которые действуют на синтез белка или ДНК. Они расширили спектр лечения и позволили воздействовать на бактерии, нечувствительные к пенициллину.
Почему открытие Флеминга долго оставалось незамеченным?
Статья 1929 года не привлекла внимания: пенициллин был трудновоспроизводим, нестабилен, а доказательств его терапевтического действия на людях не существовало. Только после публикаций группы Флори ситуация изменилась.
