Пенициллин, открытый случайно, спас жизни миллионам людей, но с каждым годом он становится все менее эффективным. Чем человечество заменит привычный антибиотик?

by Ethel Leontine Gabain, oil on canvas, 1944

«Александр Флеминг в лаборатории», Э.-Л.Габейн (1944 г.); Изображение с сайта bloknot.tv

Широко известный факт: открытие пенициллина произошло случайно.

3 сентября 1928 года британский бактериолог Александр Флеминг вернулся после месячного отпуска, проведенного с семьей, в свою лабораторию при госпитале Святой Марии (Лондон). Ученый не был адептом строгого порядка, и, уходя в отпуск, оставил там несколько немытых чашек Петри с бактериями Staphylococcus aureus, которые в реальной жизни вызывают ангины, гнойные нарывы и абсцессы.

На одной из них он по возвращении обнаружил плесневые грибы Penicillium notatum, окруженные прозрачными колониями бактерий. Подавление роста бактериальных клеток – работа агента, содержащегося в плесени, понял Флеминг, выделил его и назвал пенициллином, опубликовав результаты своей работы в 1929 году в Британском журнале экспериментальной патологии.

К середине прошлого века было налажено массовое фармацевтическое производство препарата, он стал неотъемлемой частью методики лечения бактериальных инфекций и до сих пор до определенной степени ею остается. В 1945 году Флеминг получил за свое открытие Нобелевскую премию в области физиологии и медицины, каковому событию в этом году исполняется 70 лет.

Вот вкратце и вся история, известная сегодня любому добросовестному школьнику.

Но самая интересная ее часть – это, пожалуй, не то, что произошло случайно, а осознанные действия людей, включая центральную фигуру, сэра Александра Флеминга (в рыцари он был посвящен в 1944 году), направленные на создание лекарства, спасшего без преувеличения десятки миллионов человеческих жизней.

Впрочем, вариативность, а значит и элемент случайности, присутствуют в любой последовательности реальных жизненных событий. Будучи студентом-медиком, Флеминг поначалу не питал особенного интереса к какой-то конкретной дисциплине, а его работы по хирургии говорят о том, что он мог бы достичь определенных высот и в этой области, посвяти он себя ей. Однако в 1902 году юный медик попадает под влияние Алморта Райта, врача, разработавшего вакцину против брюшного тифа и активно ведущего лабораторные поиски средств борьбы с инфекцией.

Райт был на военно-медицинской службе и хорошо представлял себе, как сильно могли бы сократиться потери среди раненых, если бы существовала эффективная терапия преодоления гангрены и сепсиса (общего гнойного заражения организма): можно было бы сохранить не только жизни солдат и офицеров, но и раненые конечности, которые часто приходилось ампутировать, чтобы остановить продвижение инфекции.

В 1906 году Флеминг вошел в исследовательскую группу Райта, а во время Первой мировой войны он вместе со своим руководителем работал в военной медицинской лаборатории в Булони (Франция), изучая специфические инфекции у раненых, потерявших конечности. В процессе работы молодой ученый открыл – причем тоже случайно – фермент лизоцим, разрушающий клеточные стенки бактерий. Тогда же он помог Райту провести ряд экспериментов с «искусственной раной», обнаружив, что антисептики не только ограничены в своих возможностях дезинфекции, но и способны подавлять естественную защитную реакцию организма.

И после окончания войны мысль ученого была направлена на поиск метода борьбы со стафилококком, самой распространенной раневой инфекцией, а потому в заброшенных на время отпуска немытых чашках Петри цвели махровым цветом колонии именно этих микроорганизмов. Но только там, куда не проникли плесневые грибы.

Отчасти удивительно то, что Флеминг и его коллеги не вышли на этот природный антибиотик сознательно, ведь из медицинской истории известно, что древние египтяне и греки прикладывали к ранам припарки из заплесневелого хлеба, чтобы избежать распространения инфекции. Позже, в XIX веке, антибактериальные свойства плесени Penicillium glaucum наблюдали британские врачи, хирург Джозеф Листер и терапевт Уильям Робертс. А великий Луи Пастер мечтал о том, чтобы научиться использовать антагонизм микроорганизмов разных видов в деле лечения инфекций. В этом свете случайностью кажется скорее то, что эти две линии – упорные поиски Флеминга и находки его исторических коллег – не пересеклись раньше.

Но вернемся к открытию.

Александр Флеминг не сразу понял его истинный масштаб. Выделение антибактериального агента, названного ученым «пенициллин», первоначально было делом сложным и медленным, а полученное вещество оставалось нестабильным. В своей статье 1929 года ученый лишь мимоходом указал на его терапевтический потенциал, а главное его применение видел в том, чтобы в лабораторных условиях помочь бактериологам отличать микроорганизмы одного вида от другого по признаку сензитивности к пенициллину.

Как знать, возможно, эра антибиотиков в медицине так и не наступила бы, или это случилось бы на полвека позже, если бы не Вторая мировая война, бросившая грозный и трагический вызов медицинской науке.

И здесь на сцену выходят еще два будущих нобелевских лауреата, фармаколог Говард Флори и биохимик Эрнст Чейн, ведущие исследования в Школе патологии имени Уильяма Данна Оксфордского университета, которым суждено было превратить пенициллин из лабораторной диковинки в препарат, спасающий жизни.

В 1939 году Оксфордская лаборатория превратилась в фабрику по производству пенициллина. Для выполнения принятой программы экспериментов над животными требовалось большое количество агента, работники лаборатории не справлялись своими силами, и на работу были наняты «пенициллиновые девушки», которые за 2 фунта в неделю инокулировали плесневые грибы и контролировали процесс ферментации.

После серии экспериментов, продемонстрировавших способность пенициллина спасать мышей, пораженных смертельно опасной стрептококковой инфекцией, препарат был введен человеку. К сожалению, несмотря на значительное улучшение состояния после инъекции больной умер через несколько дней, так как в отсутствие нужного количества очищенного пенициллина курс лечения закончить было невозможно. Последующим пациентам повезло больше, они поправились полностью, и вскоре было принято решение об организации производства препарата для нужд фронта.

Развернуть такое производство в Великобритании не представлялось возможным, и летом 1941 года при поддержке фонда Рокфеллера Говард Флори и его коллега биохимик Норман Хитли отправились в Соединенные Штаты, надеясь заинтересовать их фармацевтическую промышленность в производстве пенициллина. Важнейшую роль в этом деле сыграла Северная региональная исследовательская лаборатория министерства сельского хозяйства США (Пеория, штата Иллинойс) с ее весьма продвинутым отделением ферментации. Именно там был отлажен процесс, который затем лег в основу широкомасштабного промышленного производства препарата.

К марту 1942 года под эгидой Управления научных исследований США было произведено небольшое количество пенициллина, достаточного для лечения первого пациента; к июню 1942 года еще 10 человек были вылечены препаратом, поставленным компанией Мерк (Merc & Co., Inc.), а 1 марта 1944 года фирма Пфайзер открыла в Бруклине (Нью-Йорк) первую коммерческую фабрику по производству первого антибиотика.

Параллельно клинические исследования в военном и гражданском секторах подтверждали эффективность пенициллина в лечении стрептококковых, стафилококковых и гонококковых инфекций, а также сифилиса. Производство препарата выросло от 21 миллиарда единиц в 1943 году до 1663 миллиардов в 1944, а в 1945 его производилось уже 6,8 триллионов.

Американское правительство сняло все ограничения на использование пенициллина, и с 15 марта 1945 года он начал распределяться через обычные аптеки, став доступным рядовому потребителю.

Пенициллин спасал жизни людей, предотвращая инфицирование ран при травмах и послеродовой сепсис, вылечивая пневмонию и бактериальный эндокардит. Он стал прорывом в лечении такого заболевания, как остеомиелит (инфекционное заболевание костной ткани), нередко приводившего к тяжелой инвалидности. Он сделал возможным спасение зрения у новорожденных с офтальмией.

Триумф пенициллина вызвал к жизни поиски и открытия новых антибиотиков, ознаменовав собой целую эпоху в медицине.

Стоит отметить, что Флеминг, Флори и Чейн отказались от того, чтобы запатентовать пенициллин, они просто подарили свое открытие человечеству. Трудно представить что-либо подобное в наши дни…

Интересно, что после открытия Флеминга, пенициллин удалось получить и другим ученым, но они, в отличие от своего предшественника, хорошо представляли себе, что ищут, зная о его находке. Так в СССР в 1942 году отечественный образец пенициллина был получен замечательным микробиологом и биохимиком Зинаидой Виссарионовной Ермольевой, которой удалось даже наладить его производство для нужд военно-полевой медицины.

Закончилась ли эпоха антибиотиков? В своих многочисленных лекциях Александр Флеминг предупреждал о необходимости использования этих лекарств строго по показаниям во избежание адаптации к ним инфекционных агентов, которые способны превратиться в супербаги, не поддающиеся лечению. Собственно, так и произошло.

В апреле 2014 года Всемирная организация здравоохранения опубликовала доклад, в котором ее эксперты предупредили о грозящей человечеству опасности: отсутствие действенных антибиотиков сделает весьма сложными, либо вообще невозможными многие стандартные медицинские вмешательства, такие как хирургические операции, химиотерапия, трансплантация органов и даже лечение мелких травм и ожогов. ВОЗ призвала ученых всего мира сконцентрировать усилия для разработки новых действенных препаратов.

Но путь прогресса никогда не линеен. Он более прихотлив, в нем всегда есть место случайности или неожиданности, и иногда чем-то новым и важным становится старое и хорошо знакомое.

В январе 2015 года мы узнали об интереснейшем открытии международной группы ученых: полученный ими антибиотик тейксобактин эффективен в отношении широкого спектра инфекций и при этом не приводит к развитию сопротивляемости у инфекционных агентов! Пока неясно, является ли вещество безвредным для человека, но это станет известно в недалеком будущем.

И это еще не все. Похоже, антибиотикам вскоре найдется новое дело – ни много ни мало, лечение рака!

Совсем недавно профессор Института исследования рака при Манчестерском университете Майкл Лисанти тоже почти случайно вышел на гипотезу о том, что с помощью антибиотиков можно воздействовать на митохондрии стволовых раковых клеток (предшественников рака) и, таким образом, остановить или затормозить развитие новообразования.

Эту идею подсказала профессору его 8-летняя дочь Камилла, которую он в шутку спросил за обедом, нет ли у нее каких-то соображений о том, что еще можно попробовать для лечения рака.

Лисанти совместно с коллегами из НьюЙорка и Филаделфии опробовал 5 видов антибиотиков, включая хорошо известный и дешевый доксициклин, для воздействия на 8 типов раковых новообразований. Исследователи обнаружили, что 4 из 5 препаратов уничтожили раковые клетки в каждом из экспериментов, включая глиобластому (самый агрессивный рак мозга), а также рак легкого, простаты, яичников, молочной железы, поджелудочной железы и кожи.

Пока что эксперименты проводились лишь в лаборатории, однако ряд экспертов считает, что результаты внушают оптимизм, тем более что известны отдельные случаи, когда у раковых пациентов опухоли исчезали после 3-недельного курса доксициклина, назначенного для лечения инфекции.

Станет ли тейксобактин новым пенициллином? Произведет ли он революцию в медицине, подобную той, что 70 лет назад совершил его великий прадедушка? Окажутся ли антибиотики эффективной и доступной терапией рака? Точные ответы на эти вопросы нам пока неизвестны, но судя по всему, великое открытие Александра Флеминга рано объявлять закрытым.

Источники:

Бактериальный апокалипсис откладывается

Кто же все-таки первым изобрел пенициллин?

International Historic Chemical Landmark

What if Fleming had not discovered penicillin?

Girl aged just EIGHT helps scientist dad make cancer breakthrough after chat round dinner table