Як Олександр Флемінг відкрив пеніцилін. Хто відкрив пеніцилін? Історія відкриття пеніциліну

Відомо, що ще XV-XVI ст. в народній медицині для лікування ран, що гнояться, використовувалася зелена пліснява. Нею, наприклад, вміла лікувати Альона Арзамаська, сподвижниця Степана Разіна, російська Жанна д'Арк. Спроби накладати плісняву безпосередньо на ранову поверхню давали, як це не дивно, добрі результати.

Не слід вважати пеніцилін єдиною заслугою А. Флемінга; ще 1922 р. він зробив своє перше важливе відкриття- виділив із людських тканин речовину, що має здатність досить активно розчиняти деякі види мікробів. Відкриття це було зроблено майже випадково при спробі виділити бактерії – збудники звичайної застуди. Професор А. Райт, під чиїм керівництвом А. Флемінг продовжував свою дослідницьку роботу, назвав нову речовину лізоцимом (лізис – руйнація мікроорганізмів). Щоправда, виявилося, що лізоцим малоефективний у боротьбі з найнебезпечнішими хвороботворними мікробами, хоча успішно знищує відносно менш небезпечні мікроорганізми.

Таким чином, застосування лізоциму в медичній практиці мало не широкі перспективи. Це спонукало А. Флемінга до подальшого пошуку ефективних і при цьому по можливості нешкідливих для людини антибактеріальних препаратів. Треба сказати, що ще 1908 р. він проводив експерименти з препаратом під назвою «сальварсан», який лабораторія професора А. Райта отримала для всебічних досліджень у числі перших у Європі. Препарат цей був створений талановитим німецьким вченим П. Ерліхом (Нобелівська премія спільно з І. І. Мечніковим, 1908). Той шукав препарат, вбивчий для хвороботворних мікроорганізмів, але безпечний для пацієнта так звану магічну кулю. Сальварсан був досить ефективним протисифілітичним засобом, але надавав на організм побічну дію токсичного характеру. Це були лише перші маленькі кроки у бік створення сучасних протимікробних та хіміотерапевтичних препаратів.

Базуючись на вченні про антибіоз (придушення одних мікроорганізмів іншими), основи якого були закладені Л. Пастером і нашим великим співвітчизником І. І. Мечниковим, А. Флемінг в 1929 р. встановив, що лікувальна дія зеленої плісняви ​​обумовлена ​​особливою речовиною, що виділяється навколишнє середовище.

Чи все геніальне відкривається випадково?

Перша згадка про антибактеріальну терапію?

Цікаво, що в Біблії ми зустрічаємо неймовірно точну вказівку на властивості напівчагарникової рослини – ісоп. Ось фрагмент Псалма 50, який, до речі, згадав і А. Флемінг: «Окропи мене ісопом, і буду чистий; омий мене, і буду біліший за сніг».

Спробуємо відтворити ланцюг майже неймовірних випадковостей та збігів, що передували великому відкриттю. Першопричиною стала, як не дивно, неохайність А. Флемінга. Розсіяність властива багатьом ученим, але які завжди вона призводить до таких позитивним результатам. Отже, А. Флемінг не очищав чашки з-під досліджуваних культур кілька тижнів, у результаті його робоче місцевиявлялося заваленим півсотнею чашок. Щоправда, у процесі збирання він скрупульозно досліджував кожну чашку з побоювання пропустити щось важливе. І не пропустив.

Одного дня він виявив в одній з чашок пухнасту плісняву, яка пригнічувала зростання посіяної в цій чашці культури стафілококів. Виглядало це так: ланцюжки стафілококів навколо плісняви ​​зникли, і на місці жовтої каламутної маси виднілися краплі, що нагадували росу. Прибравши плісняву, А. Флемінг побачив, що «бульйон, на якому розрослася пліснява, набув чітко вираженої здатності придушувати зростання мікроорганізмів, а також бактерицидні та бактеріологічні властивості по відношенню до багатьох поширених патогенних бактерій».

Очевидно, суперечки плісняви ​​були занесені через вікно з лабораторії, де культивувалися зразки плісняви, взяті з будинків пацієнтів, які страждають бронхіальною астмоюдля отримання десенсибілізуючих екстрактів. Вчений залишив чашку на столі та поїхав на відпочинок. Лондонська погода зіграла свою роль: похолодання сприяло зростанню цвілі, а потепління, що відбулося, - зростанню бактерій. Якби з ланцюжка випадкових збігів випала хоча б одна подія, хто знає, якби людство дізналося про пеніцилін. Цвіль, якою була заражена культура стафілококів, належала до досить рідкісному виглядуроду Penicillium - P. Notatum , який був вперше знайдений на згнілому іссопі (напівчагарниковій рослині, що містить ефірну олію і використовується як прянощі);

Переваги нового винаходу

У ході подальших досліджень з'ясувалося, що, на щастя, навіть у великих дозах пеніцилін нетоксичний для піддослідних тварин і здатний вбивати стійкі хвороботворні мікроорганізми. У лікарні Св. Марії не було біохіміків, внаслідок чого не вдалося виділити пеніцилін у придатному для ін'єкцій вигляді. Цю роботу провели в Оксфорді X. У. флори та Е. Б. Чейн лише в 1938 р. Пеніцилін канув би в небуття, якби раніше не відбулося відкриття А. Флемінгом лізоциму (ось тут він справді став у нагоді!). Саме це відкриття спонукало оксфордських учених зайнятися вивченням лікувальних властивостейпеніциліну, в результаті чого препарат був виділений у чистому вигляді у формі бензилпеніциліну та випробуваний клінічно. Вже найперші дослідження А. Флемінга дали цілу низку безцінних відомостей про пеніцилін. Він писав, що це «ефективна антибактеріальна субстанція, що надає виражену дію на піогенні (тобто викликають утворення гною) коки та палички дифтерійної групи. Пеніцилін навіть у великих дозах не токсичний для тварин. Можна припустити, що він виявиться ефективним антисептиком при зовнішньої обробкиділянок, уражених чутливими до пеніциліну мікробами, або за його введення всередину».

Ліки отримані, але як його застосовувати?

Аналогічно Пастерівському інституту в Парижі, відділення вакцинації в лікарні Св. Марії, де працював А. Флемінг, існувало і отримувало фінансування на дослідження завдяки продажу вакцин. Вчений виявив, що в процесі приготування пеніцилін вакцин захищає культури від стафілокока. Це було невелике, але серйозне досягнення, і Флемінг широко користувався ним, щотижня віддаючи вказівку виготовити великі партії бульйону з урахуванням пеніцилу. Він ділився зразками культури Penicilliumз колегами в інших лабораторіях, але, як не дивно, А. Флемінг не зробив такого очевидного кроку, який через 12 років був зроблений X. У. Флорі і полягав у тому, щоб встановити, чи будуть врятовані піддослідні миші від смертельної інфекції, якщо лікувати їх ін'єкціями пеніцилінового бульйону. Забігаючи наперед, скажемо, що цим мишам винятково пощастило. А. Флемінг лише призначив бульйон кільком пацієнтам для зовнішнього застосування. Однак результати були дуже суперечливими. Розчин не тільки важко піддавався очищенню у значному обсязі, але й виявлявся нестабільним. Крім того, А. Флемінг жодного разу не згадав про пеніцилін в жодній з 27 статей або лекцій, опублікованих ним у 1930-1940 рр., навіть коли йшлося про речовини, що викликають загибель бактерій. Втім, це не завадило вченому отримати всі належні йому почесті та Нобелівську премію з фізіології та медицини в 1945 р. Знадобився тривалий час, перш ніж вчені зробили висновок про безпеку пеніциліну як для людини, так і для тварини.

Хто ж першим винайшов пеніцилін?

А що в цей час відбувалося у лабораторіях нашої країни? Невже вітчизняні вчені сиділи, склавши руки? Звісно, ​​це не так. Багато хто читав трилогію В. А. Каверіна « Відкрита книга», проте далеко не всі знають, що у головної героїні, професора Тетяни Власенкова, був прототип - Зінаїда Віссаріонівна Єрмольєва (1898-1974), видатний учений-мікробіолог, автор цілого ряду вітчизняних антибіотиків. Крім того, 3. В. Єрмольєва першою з вітчизняних учених почала вивчати інтерферон як противірусний засіб. Справжній член АМН, вона зробила величезний внесок у російську науку. На вибір професії 3. В. Єрмольєва вплинула історія смерті її улюбленого композитора. Відомо, що П. І. Чайковський помер, заразившись холерою. Після закінчення університету 3. В. Єрмольєва була залишена помічником на кафедрі мікробіології; одночасно вона завідувала бактеріологічним відділенням Північно-Кавказького бактеріологічного інституту. Коли 1922 р. у Ростові-на-Дону спалахнула епідемія холери, вона, ігноруючи смертельну небезпеку, вивчала це захворювання, що називається, дома. Пізніше вона провела найнебезпечніший експеримент із самозараженням, результатом якого стало значне наукове відкриття.

У роки Великої Вітчизняної війни, спостерігаючи за пораненими, 3. В. Єрмольєва бачила, що багато хто з них помирає не безпосередньо від ран, а від зараження крові. На той час дослідження її лабораторії абсолютно незалежно від англійців показали, що деякі цвілі затримують зростання бактерій. 3. В. Єрмольєва, зрозуміло, знала, що в 1929 р. А. Флемінг отримав з плісняви ​​пеніцилін, але виділити його в чистому вигляді так і не зміг, тому що препарат виявився дуже нестійким. Знала вона і про те, що вже давно наші співвітчизники ще на рівні народної медицини знахарства помітили лікувальні властивості цвілі. Але при цьому на відміну від А. Флемінга 3. В. Єрмольєва доля не балувала щасливими випадковостями. У 1943 р. У. X. Флорі та Е. Чейн змогли налагодити випуск пеніциліну у промислових масштабах, проте для цього їм довелося організовувати виробництво у США. 3. В. Єрмольєва, яка на той момент стояла на чолі Всесоюзного інституту експериментальної медицини, поставила собі за мету отримати пеніцилін виключно з вітчизняної сировини. Треба віддати належне її завзятості - 1942 р. перші порції радянського пеніциліну було отримано. Найбільшою і незаперечною заслугою 3. В. Єрмольової стало те, що вона не тільки отримала пеніцилін, а й зуміла налагодити масове виробництво першого вітчизняного антибіотика. При цьому слід врахувати, що йшла Велика Вітчизняна війна, Гостро відчувалася нестача найпростіших і потрібних речей. У той же час, потреба в пеніциліні зростала. І 3. В. Єрмольєва унеможливила: вона зуміла забезпечити не тільки кількість, а й якість, вірніше, силу препарату.

Скільки поранених завдячують їй життям, не піддається навіть приблизному підрахунку. Створення радянського пеніциліну стало своєрідним поштовхом до створення цілого ряду інших антибіотиків: перших вітчизняних зразків стрептоміцину, тетрацикліну, левоміцетину та екмоліну – першого антибіотика тваринного походження, виділеного з молок осетрових риб. Відносно нещодавно з'явилося повідомлення, за достовірність якого поки що складно ручатися. Ось воно: пеніцилін був виявлений ще до А. Флемінга якимось студентом-медиком Ернестом Августином Дюшенсне, який у своїй дисертаційній роботі докладно описав відкритий їм напрочуд ефективний препарат для боротьби з різними бактеріями, які згубно впливають на людський організм. Своє наукове відкриття Еге. Дюшенсне закінчити не вдалося через швидкоплинної хвороби, що спричинила смерть. Однак А. Флемінг і гадки не мав про відкриття молодого дослідника. І тільки зовсім недавно в Леоні (Франція) була випадково знайдена дисертація Е. Дюшенсне.

До речі, патент на винахід пеніциліну не видано нікому. А. Флемінг, Еге. Чейн і У. X. Флорі, які отримали його відкриття одну Нобелівську премію на трьох, навідріз відмовилися отримувати патенти. Вони вважали, що речовина, яка має всі шанси врятувати все людство, не повинна бути джерелом наживи, золотою жилою. Цей науковий прорив єдиний таких масштабів, який ніхто і ніколи не пред'являв авторських прав.

Варто згадати, що, перемігши багато поширених та небезпечних інфекційних хвороб, пеніцилін продовжив людське життя в середньому на 30-35 років!

Початок ери антибіотиків

Отже, в медицині почалася нова епоха - епоха антибіотиків. "Подібне лікується подібним" - цей принцип відомий лікарям з найдавніших часів. То чому б не боротися з одними мікроорганізмами за допомогою інших? Ефект перевершив найсміливіші очікування; крім того, відкриття пеніциліну започаткувало пошук нових антибіотиків та джерел їх отримання. Пеніцилінам на момент відкриття були властиві висока хіміотерапевтична активність та широкий спектр дії, що наближало їх до ідеальних препаратів. Дія пеніцилінів спрямовано певні «мішені» у клітинах мікроорганізмів, відсутні у тварин клітин.

Довідка. Пеніциліни відносяться до великого класу гамма-лактамних антибіотиків. Сюди ж відносяться цефалоспорини, карбапенеми та монобактами. Загальним у структурі цих антибіотиків є наявність β-лактамного кільця, β-лактамні антибіотики становлять основу сучасної хіміотерапії бактеріальних інфекцій.

Антибіотики нападають - бактерії захищаються, бактерії нападають антибіотики захищаються

Пеніциліни мають бактерицидну властивість, тобто згубно впливають на бактерії. Головний об'єкт впливу – це пеніциліно-зв'язуючі білки бактерій, які є ферментами заключного етапу синтезу клітинної стінки бактерій. Блокування антибіотиком синтезу пептидоглікану призводить до порушення синтезу клітинної стінки та в кінцевому рахунку до загибелі бактерії. У процесі еволюції мікроби навчилися захищатись. Вони виділяють спеціальну речовину, яка руйнує антибіотик. Це також фермент, що носить жахливу назву β-лактамази, яка руйнує β-лактамне кільце антибіотика. Але наука не стоїть на місці, з'явилися нові антибіотики, що містять так звані інгібітори (ß-лактамаз – клавуланова кислота, клавуланат, сульбактам та тазобактам). Такі антибіотики називають пеніциліноза-захищеним і.

Загальні особливості антибактеріальних препаратів

Антибіотики - це речовини, що вибірково пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів. Під «виборчим впливом» мається на увазі активність виключно у взаєминах мікроорганізмів при збереженні життєздатності клітин господаря та вплив не на все, а лише на певні пологи та види мікроорганізмів. Наприклад, фузидієва кислота має високу активність щодо стафілококів, включаючи метициліно-резистентні, але не діє на пневмококи БГСА. З вибірковістю близько пов'язане уявлення про широту діапазону активності антибактеріальних препаратів. Тим не менш, з позицій сьогоднішнього дня поділ антибіотиків на препарати широкого і вузького спектру дії є умовним і піддається серйозній критиці здебільшого через відсутність критеріїв для такого поділу. Неправильним є судження у тому, що лікарські засоби широкого кола дії є надійнішими, ефективнішими.

Шлях, що веде в нікуди

Панове, останнє слово буде за мікробами!
Луї Пастер

Всім мікроскопічним ворогам людського роду оголошено війну не так на життя, але в смерть. Ведеться вона поки що зі змінним успіхом, проте деякі хвороби вже відступили, схоже, назавжди, наприклад натуральна віспа. Але при цьому залишається віспа верблюдів, корів, а також віспа мавп. Однак і з віспою не все так просто. З середини 1980-х. випадки захворювання на натуральну віспу не реєструються. У зв'язку з цим вже давно діти не прищеплюються від віспи. Таким чином, у людській популяції з кожним роком зменшується кількість людей, стійких до вірусу натуральної віспи. А вірус цей нікуди не подівся. Він може зберігатися на кістках загиблих від віспи людей (далеко не всі трупи були спалені, деякі і палити було нікому) як завгодно довго. І колись обов'язково відбудеться зустріч нещепленої людини, наприклад археолога, з вірусом. Л. Пастер мав рацію. На другий план відійшли багато раніше смертельних захворювань - дизентерія, холера, гнійні інфекції, запалення легенів та ін. Однак сап, якого не спостерігалося майже 100 років, схоже, повернувся. У ряді країн спостерігаються спалахи поліомієліту через десятиліття, що пройшли без цього грізного захворювання. Додалися нові погрози, зокрема пташиний грип. Від вірусу пташиного грипу вже гинуть хижі ссавці. Відкриті кордони унеможливили боротьбу з мікробами в окремо взятій державі. Якщо раніше існували захворювання, більш властиві якомусь регіону, то зараз розмиваються навіть межі кліматичних зон, характерніших для конкретного виду патології. Зрозуміло, специфічні інфекції тропічної зони поки не загрожують жителям Крайньої Півночі, але, наприклад, статеві інфекції, СНІД, гепатити В, С в результаті процесу загальної глобалізації перетворилися на дійсно глобальну загрозу. Малярія поширилася від спекотних країн до полярного кола.
Причиною виникнення класичних інфекційних хвороб є патогенні мікроорганізми, представлені бактеріями (такими, як бацили, коки, спірохети рикетсії), вірусами ряду сімейств (герпесвірусами, аденовірусами, паповавірусами, парвовірусами, ортоміксовірусами, ортоміксовірусами амі, коронавірусами, пікорнавірусами, ареновірусами та рабдовірусами), грибами (ооміцетами, аскоміцетами, актиноміцетами, базидіоміцетами, дейтероміцетами) та найпростішими (жгутиковими, саркодовими, споровиками, війковими). Крім патогенних мікроорганізмів, існує велика група умовно-патогенних мікробів, здатних провокувати розвиток так званих опортуністичних інфекцій – патологічного процесу у людей із різними імунодефіцитами. Оскільки було наочно доведено можливість отримання антибіотичних препаратів з мікроорганізмів, відкриття нових препаратів стало питанням часу. Зазвичай виходить так, що час працює не на лікарів та мікробіологів, а, навпаки, на представників хвороботворної мікрофлори. Проте спочатку з'явився навіть привід оптимізму.

Хронологія появи антибіотиків

У 1939 р. був виділений «граміцидин» потім у хронологічному порядку - стрептоміцин (1942 р.), хлортстрациклін (1945 р.), левоміцетин (1947 р.), а до 1950 р. було описано вже більше 100 антибіотиків. Слід зазначити, що у 1950-1960 гг. це викликало передчасну ейфорію у медичних колах. У 1969 р. Конгресу США було представлено дуже оптимістичний доповідь, містив такі сміливі твердження, як «книга інфекційних захворюваньбуде закрито».

Однією з найбільш масштабних помилок людства є спроба обігнати природний еволюційний процес, адже людина лише частина цього процесу. Пошук нових антибіотиків - процес дуже довгий, копіткий, що вимагає серйозного фінансування. Багато антибіотики були виділені з мікроорганізмів, середовищем проживання яких є ґрунт. З'ясувалося, що в ґрунті живуть смертельні вороги низки патогенних для людини мікроорганізмів - збудників тифу, холери, дизентерії, туберкульозу та ін. Для того щоб відібрати потрібний штам, 3. Ваксман (першовідкривач стрептоміцину) вивчив протягом 3 років понад 500 культур, перш ніж виявив відповідну - ту, яка виділяє в середовище проживання більше стрептоміцину, ніж інші культури. У ході наукових досліджень ретельно вивчаються та відбраковуються багато тисяч культур мікроорганізмів. І лише поодинокі екземпляри використовуються для подальшого вивчення. Однак це не означає, що всі вони потім стануть джерелом отримання нових лікарських препаратів. Надзвичайно низька продуктивність культур, технічна складність виділення та подальшого очищення лікарських речовин ставлять додаткові часто непереборні бар'єри на шляху нових препаратів. А нові антибіотики потрібні, як повітря. Хто міг припускати, що життєздатність мікробів стане такою серйозною проблемою? До того ж виявлялися нові збудники інфекційних хвороб» і спектр активності вже наявних препаратів ставав недостатнім для ефективної боротьби з ними. Мікроорганізми дуже швидко адаптувалися і ставали несприйнятливими до дії, здавалося б, перевірених препаратів. Передбачати виникнення лікарської стійкості бактерій було цілком реально, і зовсім необов'язково бути при цьому талановитим фантастом. Скоріше, роль геніальних провидців мали зіграти скептики з наукових кіл. Але якщо хтось і пророкував щось подібне, то його голос не був почутий, його думка не була прийнята до відома. Адже схожа ситуація вже спостерігалася при впровадженні інсектициду ДДТ у 1940-ті роки. Спочатку мухи, проти яких і була зроблена настільки масована атака, практично повністю зникли, але потім розплодилися у величезній кількості, причому нове покоління мух було стійке до ДДТ, що говорить про генетичне закріплення цієї ознаки. Що ж до мікроорганізмів, то ще А. Флемінг виявив, що наступні покоління стафілококів утворювали клітинні стінки зі структурою, стійкою до дії пеніциліну. Про стан справ, який може скластися за такого вектора розвитку подій, попереджав понад 30 років тому академік С. Шварц. Він говорив: «Що б не трапилося на верхніх поверхах природи, які б катаклізми не потрясли біосферу... найвища ефективність використання енергії на рівні клітин та тканин гарантує життя організмам, які й відновлять життя на всіх її поверхах у тій формі, що відповідає новим умовам середовища». Деякі бактерії можуть відкидати антибіотики в міру їхнього вторгнення всередину або нейтралізувати їх. З цієї причини паралельно з пошуком нових видів природних антибіотиків велися поглиблені роботи з аналізу структури вже відомих речовин, щоб потім, базуючись на цих даних, модифікувати їх, створюючи нові, значно ефективніші та безпечніші препарати. Новим етапом еволюції антибіотиків, безсумнівно, стало винахід та впровадження в медичну практику напівсинтетичних препаратів, подібних до будови або типу впливу з природними антибіотиками. У 1957 р. вперше вдалося виділити феноксиметилпеніцилін, стійкий до дії соляної кислоти шлункового соку, який можна приймати у таблетованій формі. Пеніциліни природного походження були зовсім неефективні при прийомі внутрішньо, тому що в кислому середовищі шлунка втрачали свою активність. Пізніше придумали метод виробництва напівсинтетичних пеніцилінів. З цією метою молекулу пеніциліну «розрізали» за допомогою впливу ферменту пеніциліназ і, застосовуючи одну з частин, синтезували нові сполуки. За допомогою цієї методики вдалося створити препарати значно ширшого спектру антимікробної дії (амоксицилін, ампіцилін, карбеніцилін), ніж вихідний пеніцилін. Не менш відомий антибіотик, цефалоспорин, вперше виділений у 1945 р. зі стічних вод на острові Сардинія, став родоначальником нової групи напівсинтетичних антибіотиків - цефалоспоринів, що надають потужну антибактеріальну дію та майже нешкідливі для людини. Різних цефалоспоринів вже більше 100. Деякі з них можуть знищувати як грампозитивні, так і грамнегативні мікроорганізми, інші діють на стійкі штами бактерій. Зрозуміло, що будь-який антибіотик справляє певну виборчу дію на строго певні види мікроорганізмів. Через таку вибіркову дію значна частина антибіотиків здатна зводити нанівець багато видів патогенних мікроорганізмів, діючи в нешкідливих або майже нешкідливих для організму концентраціях. Саме такий тип антибіотичних препаратів надзвичайно часто та широко застосовують для лікування різноманітних інфекційних захворювань. Головними джерелами, які використовують для отримання антибіотиків, є мікроорганізми із середовищем проживання у ґрунті та воді, де вони безперервно взаємодіють, вступаючи між собою у різноманітні взаємини, які можуть бути нейтральними, антагоністичними чи взаємовигідними. Яскравим прикладом можуть бути гнильні бактерії, які створюють гарні умовидля нормальної життєдіяльності бактерій, що нітрифікують. Однак найчастіше взаємини мікроорганізмів бувають антагоністичними, тобто спрямованими один проти одного. Це цілком зрозуміло, оскільки лише подібним шляхом у природі могло спочатку підтримуватись екологічна рівновага величезної кількості біологічних форм. Російський учений І. І. Мечников, набагато випереджаючи свого часу, першим запропонував застосовувати практично антагонізм між бактеріями. Він радив придушувати життєдіяльність гнильних бактерій, які постійно мешкають у кишечнику людини, за рахунок корисних молочнокислих бактерій; продукти життєдіяльності, що виділяються гнильними мікробами, на думку вченого, скорочують життя людини. Існують різноманітні види антагонізму (протидії) бактерій.

Всі вони пов'язані з конкуренцією за кисень і поживні речовини і найчастіше супроводжуються зміною кислотно-лужного балансу середовища в бік, що оптимально підходить для життєдіяльності одного виду мікроорганізмів, але несприятливу для його конкурента. При цьому одним із найбільш універсальних та ефективних механізмів прояву мікробного антагонізму є продукування ними різноманітних хімічних речовин-антибіотиків. Ці речовини здатні або придушувати зростання та розмноження інших мікроорганізмів (бактеріостатичну дію), або знищувати їх (бактерицидну дію). До бактеріостатичних засобів належать такі антибіотики, як еритроміцин, тетрацикліни, аміноглікозиди. Бактерицидні препарати викликають загибель мікроорганізмів, організму залишається лише впоратися з виведенням продуктів їхньої життєдіяльності. Це антибіотики пеніцилінового ряду, цефалоспорини, карбапенеми та ін. Деякі антибіотики, що діють бактеріостатично, знищують мікроорганізми, якщо застосовуються у великій концентрації (аміноглікозиди, левоміцетин). Не слід захоплюватися збільшенням дози, оскільки з підвищенням концентрації різко зростає ймовірність токсичного на клітини людини.

Історія відкриття бактеріофагів.

Бактеріофаги (фаги) (від грец. phages – «пожирати») – віруси, вибірково вражають бактеріальні клітини. Найчастіше вони починають розмножуватися всередині бактерій, викликаючи таким чином їхнє руйнування. Однією з областей застосування бактеріофагів є антибактеріальна терапія, альтернативна прийому антибіотиків. Наприклад, застосовуються бактеріофаги: стрептококовий, стафілококовий, клебсієльозний, дизентерійний полівалентний, піобактеріофаг, коли, протейний і коліпротейний та ін. Бактеріофаги використовуються також в генній інженерії в якості векторів, що переносять ділянки ДНК, ).

Бактеріофаги були відкриті незалежно Ф. Твортом спільно з А. Лондом і Ф. д "Ерелем як агенти, що фільтруються, руйнування бактеріальних клітин. Спочатку вважалося, що вони є ключем до контролю над бактеріальними інфекціями, проте ранні дослідження виявилися в основному неспроможними. Були виділені бактеріофаги , здатні інфікувати більшість прокаріотичних груп організмів, і вони легко виділяються з ґрунту, води, каналізаційних стоків і, як і можна очікувати, з більшості середовищ, колонізованих бактеріями. дослідні роботиз вивчення структури та фізіології взаємодій господар - фаг, проведені Г. Делбрюком, С. Луріа, А. Дерманомм, Р. Херші, І. Лвоффом та іншими, заклали основу для розвитку молекулярної біології, яка, у свою чергу, стала фундаментом для цілого ряду нових гілок промисловості, заснованих на біотехнології. Бактеріофаги, як та інші віруси, несуть свою генетичну інформацію у вигляді ДНК чи РНК. Більшість бактеріофагів мають хвостики, кінчики яких прикріплені до конкретних рецепторів, таких як молекули вуглеводів, білків та ліпополісахаридів на поверхні бактерії-господаря. Бактеріофаг впорскує свою нуклеїнову кислоту в господаря, де він використовує генетичний механізм господаря, щоб реплікувати свій генетичний матеріал, і зчитує його, щоб сформувати новий фагокапсульний матеріал для створення частинок нового фага. Число фагів, вироблених протягом одиничного циклу інфекції (розмір виходу), варіює між 50 та 200 новими фаговими частинками. Опірність бактеріофагу може розвинутись за рахунок втрати або змін у молекулах рецептора на поверхні клітини-господаря. Бактерії також мають спеціальні механізми, що захищають їх від вторгнення чужорідної ДНК. ДНК-господар модифікується шляхом метилювання на певних точках послідовності ДНК; це створює захист від розкладання господарсько-специфічними рестрикційними ендонуклеазами. Бактеріофаги поділяються на 2 групи: вірулентні та помірні. Вірулентні фаги викликають літичну інфекцію, що призводить до руйнування клітин-господарів і виробляє чисті плями (бляшки) колоніях сприйнятливих бактерій. Помірні фаги інтегрують свою ДНК за допомогою бактерії-господаря, виробляючи лізогенічну інфекцію, і геном фага передається всім дочірнім клітинам при клітинному розподілі».

Розвиток бактеріофагової терапії.

Бактеріофагова терапія (застосування бактеріальних вірусів для лікування бактеріальних інфекцій) була проблемою, яка дуже цікавила вчених 60 років тому в їх боротьбі з бактеріальними інфекціями. Відкриття пеніциліну та інших антибіотиків у 1940-х роках. забезпечило більш результативний та багатосторонній підхід до придушення вірусних захворювань та спровокувало до закриття робіт у даній галузі. У Східній Європі дослідження продовжували здійснюватися і формувалися деякі способи боротьби проти вірусів з використанням бактеріофагів. Ентеральні та гнійно-септичні захворювання, ініційовані умовно-патогенними збудниками, у тому числі хірургічні інфекції, інфекційні захворювання дітей першого року життя, захворювання вуха, горла, носа, легень та плеври; хронічні клебсієльози верхніх дихальних шляхів - озена та склерому; урогенітальна патологія, гастроентероколіти, все важче піддаються традиційній антибактеріальній терапії. Летальний кінець при перерахованих інфекціях досягає 30-60%. Чинником неефективності терапії є висока частотастійкості збудників до антибіотиків та хіміотерапевтичних препаратів, що досягає 39,9-96,9%, а також пригнічення імунітету як вплив цих препаратів на організм хворого, реакції токсичної властивості та алергічного характеру з побічними діями, що проявляються у розладах кишечника на тлі дисбактеріозу, та аналогічне розлад верхніх дихальних шляхів при терапії склеромами та озенами. Особливо актуальною є проблема дисбактеріозу кишечника у дітей раннього віку. Віддалені результати такого лікування у дітей – імунодепресія, хронічні септичні стани, порушення харчування, недоліки розвитку.

Це треба знати!

Бактеріофаги - віруси, що вибірково вражають бактеріальні клітини. Найчастіше вони починають розмножуватися всередині бактерій, викликаючи таким чином їх руйнування. Однією з сфер застосування бактеріофагів є антибактеріальна терапія, альтернатива прийому антибіотиків.

Клінічні дослідження показали, що використання бактеріофагів для обробки поверхонь приміщень та окремих об'єктів, наприклад туалетів, попереджає передачу інфекцій, викликаних Escherichia coli, у дітей та дорослих. У ветеринарії доведено, що ешеріхіоз у телят можна попередити, якщо збризкувати послід у телячих загонах водними суспензіями бактеріофагів. У той час як на фазі ранніх досліджень було показано досить суттєвий успіх, фаготерапії не вдалося стати загальновстановленою практикою. Це було пояснено нездатністю селектувати високовірулентні фаги, а також вибором фагів із надмірно вузькою штам-специфічністю. Інші моменти містили появу фагорезистентних штамів, нейтралізацію або виведення фагів захисними функціями імунної системи і відшарування ендотоксинів внаслідок великого масивного бактеріального руйнування клітин. Потенційна можливість фагоопосередкованої горизонтальної трансляції генів токсинів також є причиною, яка може обмежувати їх використання для лікування окремих конкретних інфекцій. За наданими даними М. Слопеса (1983 та 1984 рр.), використання препаратів бактеріофагів при інфекційних хворобах травної системи, запально-гнійних змінах шкірних покривів, кровоносної системи, дихальної системи, опорно-рухового апарату, сечостатевої системи (більше 180 викликаних бактеріями Klebsiella, Escherichiae, Proteus, Pseudomonas, Staphylococcus, Streptococcus, Serratia, Enterobacter) показало, що препарати бактеріофагів мають належний ефект у 78,3-93,6% випадків і часто є єдиним ефективним лікуванням.

Протягом 2 останніх десятиліть проходили деякі експериментальні вивчення для того, щоб переоцінити використання терапевтичних методик, заснованих на використанні бактеріофагів, для лікування інфекційних хвороб людей і тварин. Нещодавно результати цих досліджень було переглянуто. Д.Сміт та соратники опублікували результати серії дослідів із лікування системних інфекцій Е. Coli у гризунів та розлади кишечника у вигляді діареї у телят. Доведено, що як профілактика, так і лікування, можливі, якщо використовувати фагові титри набагато нижчі за число цільових організмів, що є індикацією розмноження бактеріофагів in vivo. Вони показали, що введення внутрішньом'язово 106 одиниць E. Coli призводило до смерті 10 досвідчених мишей, тоді як одночасна ін'єкція в іншу лапку 104 фагів, вибраних проти К1 капсул-антигену, давала повний захист.
Бактеріофагова терапія по співвіднесенню з антибіотикотерапією має низку переваг. Наприклад, вона ефективна проти лікарсько-стійких організмів і може використовуватися як альтернативна терапія пацієнтів, які мають алергії до антибіотиків. Вона може використовуватися профілактично з метою боротьби з поширенням інфекційного захворювання там, де джерело ідентифіковано на ранній стадії, або там, де спалахи трапляються всередині порівняно закритих організацій, таких як школи або будинки для людей похилого віку. Бактеріофаги мають високу специфічність по відношенню до цільових організмів і ніяк не впливають на організми, що не є об'єктами атаки. Вони є самокопіювальними та самолімітуються; коли організм-мішень є, вони самовідтворюються до тих пір, поки всі бактерії-мети не будуть заражені та знищені. Бактеріофаги мутують природно, щоб боротися з резистентними мутаціями господаря; крім того, їх можна зазнати навмисної мутації в лабораторії. У Росії та країнах СНД препарати бактеріофагів застосовуються для лікування гнійно-септичних та ентеральних захворювань різноманітної локалізації, збуджених умовно-патогенними бактеріями пологів Escherichia, Proteus Pseudomonas, Enterobacter, Staphylococcus, Streptococcus, служать замінниками антибіотиків. Вони не поступаються і навіть перевершують останні за ефективністю, не викликаючи побічних токсичних і алергічних реакцій і не маючи протипоказань до застосування. Препарати бактеріофагів ефективні при лікуванні хвороб, викликаних антибіотикостійкими штамами мікроорганізмів, зокрема при лікуванні паратонзилярних гнійників, запалень пазух носа, а також гнійно-септичних інфекцій, реанімаційних хворих, хірургічних захворювань, циститів, циститів, циститів. дисбактеріозу кишечника, запальних захворювань та сепсису новонароджених. При широко поширеному формуванні стабільності до антибіотиків у патогенних бактерій, необхідність у нових антибіотиках та альтернативних технологіях контролю за мікробними інфекціями завойовує дедалі більшу значимість. Бактеріофагам, ймовірно, ще належить виконати свою роль у лікуванні інфекційних захворювань як при їхньому незалежному застосуванні, так і в поєднанні з антибіотико-терапією.

Іноді буває так, що велике відкриття робить той, хто постійно порушує правила. Тисячі лікарів, які утримували свої робочі місця в чистоті, не змогли зробити того, що вдалося неакуратному Олександру Флемінгу відкрити перший у світі антибіотик. І ось що цікаво: якби він дотримувався чистоти, то в нього теж нічого не вийшло б.

Давним-давно великий французький хімік Клод-Луї Бертолле дуже дотепно зауважив: "Бруд — це речовина не так на своєму місці". Справді, варто тільки чомусь виявитися не там, де йому належить перебувати, і відразу ж у приміщенні виникає безладдя. А оскільки він дуже незручний і для роботи, і для нормального життя, то всіх з дитинства вчать, що слід частіше забиратися. Інакше кількість речовини на своєму місці перевищить таке, своє місце знає.

Особливо нетерпимі до бруду медичні працівники. І їх можна зрозуміти - речовина "не на своєму місці" швиденько стає місцем прописки різноманітних мікроорганізмів. А вони дуже небезпечні для здоров'я як пацієнтів, так і лікарів. Можливо, саме тому більшість медиків – патологічні чистюлі. Втім, не виключено, що в даній професії існує своєрідний штучний відбір - той лікар, який постійно "кладе" речовину не на своє місце, втрачає клієнтуру та повагу колег і в професії не затримується.

Тим не менш, штучний відбір, як і його природний тезка, іноді дає збій. Буває, що лікар-грязнуля приносить людству значно більше користі, ніж його акуратні колеги. Саме про такий кумедний парадокс і йтиметься — про те, як одного разу неохайність медика врятувала життя мільйонів людей. Однак давайте про все по порядку.

6 серпня 1881 року у шотландському місті Дарвел у ній фермерів Флемінгів народився хлопчик, якого назвали Олександром. Дитина з дитинства відрізнялася допитливістю і тягла з вулиці в будинок все, що вважала цікавою. Його батьків це, щоправда, не дратувало, проте дуже засмучувало те, що їх син ніколи не складав свої трофеї у певне місце. Юний натураліст розкидав по хаті і засушених комах, і гербарії, і мінерали і небезпечніші для здоров'я речі. Словом, як не намагалися привчити Олександра до порядку та чистоти, все одно нічого з цього не вийшло.

Через деякий час Флемінг вступив до медичної школи при лікарні святої Марії. Там Олександр вивчав хірургію і, витримавши іспити, 1906 року став членом Королівського коледжу хірургів. Залишаючись працювати в лабораторії патології професора Алмрота Райта лікарні святої Марії, він у 1908 році отримав ступінь магістра та бакалавра наук у Лондонському університеті. Слід зауважити, що медична практика не дуже цікавила Флемінга — куди більше його приваблювала дослідницька діяльність.

Сослуживці Олександра неодноразово зазначали, що навіть у лабораторії той був просто жахливо неакуратний. А до його робочого кабінету було небезпечно входити — реактиви, медикаменти та інструменти валялися впереміш усюди, а сідаючи на стілець, можна було напоротися на скальпель чи пінцет. Флемінг постійно отримував догани та осуд від старших колег за те, що в нього все лежить не на своєму місці, проте, схоже, його це не особливо хвилювало.

Коли почалася Перша світова війна, молодий лікар отруївся на фронт у Францію. Там він, працюючи в польових шпиталях, почав вивчення інфекцій, які проникали в рани та викликали важкі наслідки. І ось уже на початку 1915 року Флемінг представив доповідь, в якій розповідалося про присутність у ранах видів мікробів, деякі з яких були ще не знайомі більшості бактеріологів. Йому також вдалося з'ясувати, що застосування антисептиків протягом кількох годин після поранення не повністю знищує бактеріальні інфекції, хоча багато хірургів так вважали. Більше того, найшкідливіші мікроорганізми проникали в рани настільки глибоко, що знищити їх простою антисептичною обробкою було неможливо.

Що ж слід робити в подібних випадках? У можливості лікування таких інфекцій за допомогою традиційних ліків з неорганічних речовинФлемінг не надто вірив — його довоєнні дослідження терапії при сифілісі показали, що ці методи дуже ненадійні. Проте Олександра було захоплено ідеями свого шефа, професора Райта, який вважав використання антисептиків тупиковим шляхом, оскільки вони послаблюють захисні властивостісамого організму. А от якщо отримати препарати, які стимулюватимуть імунітет, то пацієнт зможе сам знищити своїх "кривдників".

Розвиваючи думку свого колеги, Флемінг припустив, що сам людський організм повинен містити речовини, що вбивають мікробів (слід зауважити, що про антитіла тоді нічого не знали, їх вдалося виділити тільки в 1939 році). Свою гіпотезу йому вдалося підтвердити експериментально лише після війни з використанням техніки "слайд осередку". Методика дозволила легко показати, що при попаданні мікробів у кров лейкоцити мають дуже сильну бактерицидну дію, а при додаванні антисептиків ефект значно знижується або повністю ліквідується.

Отже, підбадьорений Флемінг став експериментувати з різними організмовими рідинами. Він поливав ними бактеріальні культури та аналізував результат. У 1922 році вчений, застудившись, заради жарту висморкався в чашку Петрі, де росла бактеріальна культура Micrococcuslysodeicticus.Однак цей жарт призвів до відкриття — всі мікроби загинули, а Флемінгу вдалося виділити речовину лізоцим, який має антибактеріальну дію.

Флемінг продовжив дослідження цього природного антисептика, проте незабаром з'ясувалося, що для більшості хвороботворних бактерій лізоцим нешкідливий. Проте вчений не здавався та повторював експерименти. Найцікавіше, що Олександр, працюючи з культурами найнебезпечніших мікроорганізмів, зовсім не зраджував своїх звичок. Як і раніше, його стіл був завалений чашками Петрі, які не милися і не стерилізувалися тижнями. Колеги боялися заходити до його кабінету, але неохайного лікаря, схоже, перспектива підхопити тяжку хворобу аж ніяк не лякала.

І ось через сім років успіх знову посміхнувся досліднику. У 1928 році Флемінг почав досліджувати властивості стафілококів. Спочатку робота не принесла очікуваних результатів і лікар вирішив взяти відпустку наприкінці літа. Проте він і не подумав забратися у своїй лабораторії. Отже, Флемінг поїхав відпочивати, так і не помивши чашок Петрі, а коли 3 вересня повернувся, то помітив, що в одній чашці з культурами з'явилися цвілеві гриби, а колонії стафілококів, що були там, загинули, тоді як інші колонії були в нормі.

Заінтригований Флемінг показав забруднені грибами культури своєму колишньому помічнику Мерліну Ціна, який сказав: "Ось так само ви і відкрили лізоцим", що слід сприймати не як захоплення, а як засудження за неакуратність. Визначивши грибки, вчений зрозумів, що антибактеріальну речовину виробляє представник виду Penicillium notatum, який потрапив на культуру стафілококів цілком випадково. Через кілька місяців, 7 березня 1929 року, Флемінг виділив таємничу антисептичну речовину та назвав її пеніциліном. Так почалася ера антибіотиків - ліків, що пригнічують бактеріальні та грибкові інфекції.

І ось що цікаво — до Флемінга багато вчених досить близько підійшли до відкриття подібних речовин. У СРСР, наприклад, всього за крок від отримання антибіотиків стояв Георгій Францович Гаузе. Були прориви цьому фронті вчених із навіть багатьох країн Європи. Однак нікому ця загадкова речовина до рук так і не далася. Напевно, це сталося тому, що всі вони були адептами чистоти та стерильності та плісняви. Penicillium notatumпросто не могла проникнути до їхньої лабораторії. А для того, щоб розкрити секрет пеніциліну, знадобився саме бруднуля і нечупара Олександр Флемінг.

Penicillium chrysogenium (notatum) - один із представників роду Penicillium. «Рекордсмен» з вироблення пеніциліну

Сама ідея застосовувати для боротьби з мікроорганізмами інші мікроорганізми (або те, що вони синтезують) витала в медицині дуже давно.
У самому мікробному співтоваристві одні мікроби постійно пригнічують інші і перебувають у такому динамічному рівновазі.

Ще в 1897 році, задовго до відкриття пеніциліну, Ернест Дюшен використовував в експерименті цвіль для лікування тифу у морських свинок.

Penicillium roqueforti - "шляхетна пліснява". Використовується для приготування сиру Рокфор і дає йому своєрідний смак

Як думаєте, що спільного у морських свинок, сиру з пліснявою та водопровідною водою?

Питання досить складне. Здавалося б: нічого спільного. Але якби ви були французьким студентом-медиком кінця 19 століття, ці предмети були б вашими науковими реагентами.
Ці реагенти використовував блискучий Ернест Дюшен для виявлення антибіотиків практично за 35 років до того, коли Олександр Флемінг відкрив пеніцилін.

Тож історія антибітиків почалася не з Флемінга, ні. Флемінг був першим, хто помітив антибактеріальні властивості цвілі. Цвіль застосовували для лікування ран стародавні єгиптяни. І, хоча в Стародавньому Єгипті не було наукової опори багатьом медичним діям, не варто забувати про чудову спостережливість стародавніх лікарів.

Ернест Дюшен

Саме він перший описав антибактеріальні властивості пеніциліну. Про його життя відомо зовсім небагато. Він народився в Парижі, навчався у військовій медичній школі в Ліоні, куди вступив у двадцятирічному віці.
Дюшен просто зачарований мікробами. Ще б! Відкриття хвороботворних якостей у бактерій, праці Луї Пастера, просто перевернули думку медиків того часу. Ернест Дюшен вирішив написати дисертацію під керівництвом професора мікробіології Габріеля Ру. Габріель Ру тоді керував лабораторією, яка відповідала за якість водопостачання у Ліоні. Дисертаційна робота Дюшена була присвячена наступному спостереженню: водопровідна вода ніколи не пліснявала, але пліснява могла добре рости в дистильованій воді. Першим виникло припущення, що бактерії не дають цвілі рости у водопровідній воді.

Ернест вирощував Penicillum glaucum. Ця пліснява застосовується для виготовлення сирів горгондзолу та стилтон. Він поміщав її в ємності з водопровідною та кип'яченою водою. Потім він додав збудника черевного тифу та кишкову паличку — пліснява швидко померла. З'ясувалося, що бактерії у воді вбивають плісняву. Дюшен почав ставити різні умови: температура, кислотність середовища, але пліснява гинула не завжди. Іноді перемога залишалася за грибком.
Знову постало питання: а цвіль може чимось «відповісти» бактерії? Чи може вона боротися з ними? В експерименті на морських свинках виявили зниження вірулентності бактерій. Більше того, шляхом ін'єкції плісняви ​​Дюшен зміг вилікувати тварину. Подібний експеримент проведе Олександр Флемінг, якого нерідко називають відкривачем пеніциліну.

Про те, як було відкрито пеніцилін Флемінгом, написано дуже багато. То чому Дюшенна не пам'ятають як відкривача пеніциліну? На це є кілька причин. Ну, по-перше він досліджував Penicillum glausum, на відміну іншого виду цвілі Penicillum notanum. Цвіль, яка фактично цей пеніцилін і синтезує. Вже пізніше було встановлено, що Penicillum glausum продукує інший, слабший антибіотик - патулін (до речі, токсичний і працює у високих концентраціях, тому не застосовується). Ймовірно, якби не здоров'я молодого вченого, а також недовгий життєвий шлях(Помер від туберкульозу в 1912 році, втративши задовго до цього від того ж туберкульозу свою дружину), відкриття пеніциліну належало б йому.

Олександр Флемінг

Але факт є фактом. Автором та першовідкривачем пеніциліну був Олександр Флемінг. Датою відкриття найвідомішого антибіотика є 3 вересня 1928 (День народження пеніциліну). Флемінг на той час був широко відомий, мав репутацію блискучого дослідника.
Відкриття пеніциліну людство зобов'язане все ж таки цьому шотландському біохіміку. Після Першої світової війни, в якій «батько пеніциліну» служив військовим лікарем, Флемінг не міг упокоритися з тим, що велика кількість солдатів гинули від інфекційних ускладнень. У 1918 році він повернувся з війни працювати до бактеріологічної лабораторії лікарні Св. Марії, де він працював до цього (і де пропрацює до самої смерті). У 1922 році стався випадок, більш звичайно схожий на байку, але на шість років випередив відкриття пеніциліну. Застуджений Флемінг випадково чхнув на чашку Петрі, де були бактеріальні колонії. Через кілька днів він виявив уповільнене зростання бактерій (Micrococcus lysodeikticus) на деяких місцях. Так було відкрито лізоцим (мурамідазу). Це гідролітичний фермент розщеплює стінки бактерій, тобто має бактерицидні властивості. Багато його у виділеннях носового слизу, слині (чому тварини можуть зализувати рани), слізної рідини. Багато його і в грудному молоці(причому помітно більше, ніж у коров'ячому та при годівлі з часом концентрація його не зменшується, а зростає). Звичайно, коли буде відкрито пеніцилін, інтерес до лізоциму помітно впаде, аж до відкриття лізоциму курячого білка.

Як зазначав надалі сам Олександр Флемінг, відкриттю пеніциліну допоміг випадок. Працюючи в лабораторії та вивчаючи фермент лізоцим, Флемінг не відрізнявся порядком на робочому місці (хоча порядок у вчених свій!). Як це нерідко буває з геніями (згадати хоча б робочий стіл Ейнштейна), у лабораторії вченого був справжній бардак. Флемінг, повернувшись після місяця відсутності, помітив, що на одній чашці з культурами стафілокока з'явилися цвілеві гриби. Колонія грибка розчинила висіяну культуру. Цвіль належала до роду пеніцилових, тому виділену речовину потім назвали пеніциліном.

Назва пеніциліну перекладається як «пензлик для письма», подібна схожість видно під мікроскопом

Говард Флорі

І хоча, коли йдеться про відкриття пеніциліну, згадують Олександра Флемінга, практичну користь із цього відкриття отримали інші вчені, зокрема фармаколог Говрад Уолтер Флорі. У 1938 році Флорі, працюючи спільно з Ернестом Чейном та Норманом Хітлі в Оксфортському університеті, в Англії, почали проводити експерименти з антибактеріальними властивостями грибка Penicillium notatum. Про властивості грибка придушувати бактеріальне зростання писав у своїх працях Флемінг.
Першим пацієнтом, якому призначено пеніцилін, був Альберт Олександр, лондонський поліцейський. Серезная інфекція, що торкнулася частина особи, періорбітальної області ока, волосистої частини голови, почалася з невеликого уколу шипом троянди. Флорі та Чейн дали хворому пеніцилін і протягом першої доби намічалася хороша динаміка. Однак, визначити оптимальну дозу ліків не вдалося (її ще тоді й не знали) і інфекційний процес все ж таки призвів до смерті пацієнта. Експерименти продовжилися, препарат призначали серйозно хворим дітям із вражаючим ефектом. Наразі вважають, що праці Флорі та Чейна врятували понад 80 мільйонів людей.

Ернест Чейн

А тепер варто сказати, про згадуване раніше біохіміку Ернеста Бориса Чейна. Який народився в єврейській сім'ї і проживаючи в Німеччині, був змушений з приходом до влади Гітлера емігрувати до Англії. Як співполучник у майбутньому Нобелівської преміїза відкриття пеніциліну, Чейн був за ту частину роботи, в якій він показав будову пеніциліну та успішно виділив активну речовину. Щоб виділити пеніцилін, для однієї терапевтичної дози, необхідно було переробити близько 500 літрів поживного бульйону з пліснявою!
Чейн писав: «Труднощі, з якими зіткнувся Флемінг, лише спонукали мій інтерес до виявленого Флемінгом пеніциліну. Я сказав Флорі, що ми знайдемо спосіб хоча б частково очистити пеніцилін, незважаючи на його нестійкість».
1938 року Чейн та його колега Норман Хітлі швидко дійшли висновку, що пеніцилін, на відміну від лізоциму, — це не фермент, а невелика молекула органічного походження.
Невеликі розміри молекули обнадіяли дослідників: легко розшифруватиме молекулярну структуру і синтезуватиме його. Про те, що буде легко, вчені помилялися.
Було встановлено, що до складу пеніциліну входить комплекс структур, які надалі назвали бета-лактамами.


Про можливість існування подібної структури Чейн передбачав і раніше, але питання вирішилося лише 1949-го.

Коли за допомогою рентгенологічної кристалографії Дороті Ходжкін визначила розташування атомів у кристалічних ґратах пеніциліну. Саме після 1949 року, після визначення точної молекулярної структури пеніциліну, стало можливим масове дешеве виробництво препарату.
До речі, Дороті Ходжкін теж отримала Нобелівську премію за дослідження кристалічних ґрат у рентгенівських променях, у 1964 році. Ця видатна жінка заклала основи методу, за допомогою якого стало можливим дослідження структури ДНК (програма геном людини).

Чейн і Флорі для отримання пеніциліну в концентрованому вигляді застосували нову тоді методику ліофілізації. Розчин пеніциліну заморожувався, а потім при низькій температурі та низькому тиску вода виганялася, залишаючи цінний матеріал.

Penicillium chrysogenium (notatum): як знайшли найпеніциліновіший грибок

З початку Другої світової війни різко зросла потреба у пеніциліні. Необхідність у таких ліках була очевидною.
В 1940 група вчених Оксфордського університету (яку і очолювали Флорі і Чейн) дістала з запасників пеніцилін Флемінга і почала шукати способи його виробництва у великій кількості.
Так як почалися бомбардування Лондона і виник ризик окупації, вчені вирушили на переговори до Нью-Йорка (ймовірність висадки німців була така велика, що Чейн навіть просочив свій піджак цілющою пліснявою, пояснивши колегам: у разі чого рятувати насамперед цей піджак).
У нью-Йорку вчених, що приїхали, зустріли без особливого ентузіазму: вироблення пеніциліну рідко перевищувало 4 одиниці дії на 1 мілілітр живильного середовища. Це дуже мало: на флаконі з пеніциліном, наприклад, написано "1000000 ОД". Для однієї дози препарату потрібно було переробити 250 літрів бульйону.
Відразу окреслилася мета: знайти найврожайніший грибок. Спочатку вчені вирушили до Пеорії (штат Іллінойс), де знаходилася дослідницька лабораторія з вивчення метаболізму цвілі. Співробітники лабораторії зібрали значну колекцію, але небагато штами цвілі могли виробляти пеніцилін.
Почали підключати знайомих: щоб надсилали зразки ґрунту, цвілевих зерен, фруктів та овочів. Найняли одну жінку, щоб вона оминала магазини, пекарні, сироварні, відшукуючи нові зразки синьо-зеленої плісняви. Її звали міс Мері Хант, за гарну роботупрозвана «Пліснявіла Мері».
Хід історії змінила диня кантатула, де оселився синьо-зелений грибок. Ця пліснява виробляла 250 одиниць пеніциліну на мілілітрів живильного середовища. Один з штамів, що мутували з неї, став виробляти 50000 одиниць! Всі штами, які продукують пеніцилін на сьогодні, — це нащадки тієї самої плісняви, яку знайшли 1943 року. Це був грибок Penicillium chrysogenium, який раніше називався Penicillium notatum.
З того моменту почалася епоха промислового виробництва пеніциліну.

Коли у 1945 році Флемінгу, Флорі та Чейну вручали Нобелівську премію з фізіології та медицини, Флемінг сказав: «Кажуть, що це я винайшов пеніцилін. Але людина не могла її винайти — ця речовина створена природою. Я не винаходив пеніцилін, я лише звернув на нього увагу людей і дав йому назву».

Флемінг, Чейн та Флорі на врученні Нобелівської премії

Якщо ви знайшли друкарську помилку в тексті, будь ласка, повідомте мені про це. Виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

ТАСС-ДОСЬЄ /Юлія Ковальова/. 75 років тому, 12 лютого 1941 р., у Лондоні британські вчені Говард Флорі та Ернст Чейн вперше застосували пеніцилін для лікування людини. Редакція ТАСС-ДОСЬЄ підготувала матеріал про історію відкриття цього препарату.

Пеніцилін - антибіотик, що має широку антимікробну дію. Є першими ефективними ліками проти багатьох важких захворювань, зокрема, сифілісу та гангрени, а також інфекцій, що викликаються стафілококами та стрептококами. Його одержують із деяких видів пліснявого грибка роду Penicillium (лат. penicillus - "пензель"; під мікроскопом спороносні клітини плісняви ​​схожі на пензлик).

Історія відкриття

Згадки про використання цвілі з лікувальною метою зустрічаються в працях перського вченого Авіценни (II ст.) та швейцарського лікаря та філософа Парацельса (XIV ст.). Болівійський фахівець з етноботаніки Енріке Облітас Поблете в 1963 р. описав застосування плісняви ​​індіанськими знахарями в епоху інків (XV-XVI ст.).

У 1896 р. італійський лікар Бартоломео Гозіо, вивчаючи причини ураження рису пліснявою, вивів формулу антибіотика, схожого на пеніцилін. Зважаючи на те, що він не зміг запропонувати практичне застосуваннянових ліків, його відкриття було забуте. У 1897 р. французький військовий лікар Ернест Дюшен зауважив, що арабські конюхи збирають плісняву з сирих сідел і лікують нею рани коней. Дюшен ретельно обстежив плісняву, випробував її на морських свинках і виявив її руйнівну дію на паличку черевного тифу. Результати своїх досліджень Ернест Дюшен представив у паризькому інституті Пастера, але вони також не були визнані. У 1913 р. американським ученим Карлу Альсбергу і Отісу Фішеру Блеку вдалося отримати з плісняви ​​кислоту, що має протимікробні властивості, проте їх дослідження були перервані з початком Першої світової війни.

У 1928 р. британський вчений Олександр Флемінг проводив рядовий експеримент у ході дослідження опірності людського організмубактеріальних інфекцій. Він виявив, що деякі колонії стафілококових культур, залишені ним у лабораторних чашках, заражені штамом цвілі Penicillium Notatum. Навколо плям плісняви ​​Флемінг помітив область, де бактерій не було. Це дозволило йому зробити висновок про те, що пліснява виробляє речовину, що вбиває бактерії, яку вчений назвав "пеніциліном".

Флемінг недооцінив своє відкриття, вважаючи, що одержати ліки буде дуже важко. Його роботу продовжили вчені з Оксфорда Говард Флорі та Ернст Чейн. У 1940 р. вони виділили препарат у чистому вигляді та вивчили його терапевтичні властивості. 12 лютого 1941 р. ін'єкція пеніциліну вперше була зроблена людині. Пацієнтом Флорі та Чейна став лондонський поліцейський, який помирав від зараження крові. Після кількох ін'єкцій йому стало краще, проте запас ліків швидко закінчився і хворий помер. У 1943 р. Говард Флорі передав технологію отримання нового препарату американським ученим, США було налагоджено масове виробництво антибіотика. У 1945 р. Олександр Флемінг, Говард Флорі та Ернст Чейн були удостоєні Нобелівської премії з фізіології та медицини.

У 1870-х роках. Дослідженням цвілі займалися медики Олексій Полотебнов та В'ячеслав Манасеїн, які виявили, що вона блокує зростання інших мікроорганізмів. Полотебнов рекомендував використовувати ці особливості цвілі в медицині, зокрема для лікування шкірних захворювань. Але ідея не набула поширення.

У СРСР перші зразки пеніциліну отримали мікробіологи Зінаїда Єрмольєва та Тамара Балезіна. У 1942 р. вони виявили штам Penicillium Crustosum, який продукує пеніцилін. У ході випробувань ліки показали набагато більшу активність, ніж його англійські та американські аналоги. Однак отриманий антибіотик втрачав властивості при зберіганні та викликав підвищення температури у пацієнтів.

У 1945 р. у Радянському Союзі почалися випробування пеніциліну, розробленого на західний зразок. Технологію його виробництва було освоєно НДІ епідеміології та гігієни Червоної Армії під керівництвом Миколи Копилова.

Визнання

Масове виробництво пеніциліну було налагоджено під час Другої світової війни. За деякими оцінками, завдяки цьому антибіотику в роки війни та після неї було врятовано близько 200 млн осіб. Відкриття цього препарату неодноразово визнавалося однією з найважливіших наукових досягнень історія людства. Більшість сучасних антибіотиків було створено саме після дослідження лікувальних властивостей пеніциліну.

Як не сумно, до 20 століття багато хвороб були невиліковні, а лікування інших вимагало незвичайних здібностей як лікаря, так і пацієнта, і неабияку частку везіння. Втім, медики, серйозно стурбовані проблемами виживання своїх пацієнтів, шукали рішення, які б дозволили успішно боротися із захворюваннями.

Коли стало відомо, що причиною багатьох захворювань, а також післяопераційних ускладнень (головним чином у військових польових госпіталях) є мікроорганізми - бактерії та мікроби, почалися пошуки способів знешкодження.

Досить швидко дійшли висновку, що боротися із хвороботворними бактеріями можна за допомогою інших мікроорганізмів, ворожих до хвороботворних. Ця ідея виникла ще у 19 столітті. Так, наприклад, знаменитий французький мікробіолог, Луї Пастер відкрив, що бацили сибірки гинуть під дією деяких інших мікробів. Але на пошуки найдієвіших способів вирішення наявної задачі потрібно неймовірну кількість часу, терпіння та праці.

Або втручання Його Величності Випадку, без якого, здається, не було зроблено жодного по-справжньому великого відкриття. З пеніциліном вийшло саме так: випадок і блискучий здогад.

Корисна пліснява

Все починається з плісняви. З найзвичайнішої зеленувато-сірої плісняви, яка береться невідомо звідки в кутах помешкань, що погано провітрюються, або покриває несвіжі продовольчі продукти.

Цвіль - це мікроскопічний грибок, що виникає з ще менших зародків, тисячі яких гасають у повітрі. При попаданні в сприятливе для зростання середовище вони починають дуже швидко розростатися.

Про антибактеріальний ефект цвілі, а точніше одного з її різновидів - грибка Penicillium - було відомо ще в незапам'ятні часи. Згадки про використання цвілі на лікування гнійних захворювань зустрічаються у працях Авіценни (11 століття) і Пилипа фон Гогенгейма, найвідомішого під ім'ям Парацельс (16 століття).

Бактерицидні властивості цвілі активно обговорювалися та досліджувалися й у 19 столітті. А в 60-их роках позаминулого століття між двома російськими медиками - Олексієм Полотебновим і В'ячеславом Манасеїним - навіть розгорілася справжнісінька наукова дискусія.

А.Полотебнов стверджував, що цвіль - родоначальник усіх мікробів, тоді як В.Манассеїн відстоював цілком протилежну думку. Для підтвердження своїх тверджень він зайнявся дослідженнями культур зеленої плісняви.

Він посіяв суперечки цвілі в живильне середовище і за результатами спостережень зазначив: там, де ріс цвілевий грибок, бактерії не розвивалися. З цього було зроблено закономірний висновок у тому, що цвілевий грибок перешкоджає зростанню інших мікроорганізмів.

Той самий процес потім поспостерігав і А.Полотебнов, котрий визнав у результаті, що обстоював неправильну думку. Полотебнов настільки зацікавився результатами дослідів, що зайнявся власними дослідженнями бактерицидних властивостей цвілі. Він навіть застосовував отримані культури цвілі для лікування шкірних виразок, що важко гояться.

Спроба увінчалася успіхом: виразки, вкриті емульсією, в якій містився пліснявий грибок, швидко гоилися. В одній зі своїх публікацій 1872 року А.Полотебнов рекомендував використовувати плісняву для лікування шкірних ушкоджень, проте його ідея не завоювала популярності і була, можна сказати, забута.

Олександр Флемінг

Саме він "відкрив" чудодійний пеніцилін повторно, через півстоліття після робіт В.Манассеїна та А.Полотебнова. Декілька фактів з біографії А.Флемінга.

Олександр Флемінг, який народився 6 серпня 1881 року, шотландський бактеріолог, був членом Королівського коледжу хірургів. Після вступу Британії у першу світову війну Флемінг служив капітаном у медичному корпусі Королівської армії, брав участь у військових діях у Франції.

Одним з перших відкриттів Флемінга став висновок про те, що карболова кислота (фенол), що широко застосовувалася для обробки відкритих ран, вбиває лейкоцити, що створюють в організмі захисний бар'єр, що сприяє виживанню бактерій у тканинах.

У 1922 році після низки невдалих спроб виділити збудника простудних захворювань Флемінг відкрив (чисто випадково!) лізоцим - фермент, який вбиває деякі бактерії і не завдає шкоди здоровим тканинам. Назва відкритого ферменту була придумана професором Райтом.

На жаль, про широке застосування лізоциму не могло йтися і мови: перспективи медичного використаннялізоциму виявилися досить обмеженими. Втім, це спонукало Флемінга до пошуку інших антибактеріальних препаратів.

Так у 1928 році, завдяки черговому щасливому випадку і спостережливості вченого, було відкрито пеніцилін.

Відкриття пеніциліну

Який набір випадкових збігів призвів до епохального відкриття – достовірно встановити проблематично. Навіть розповіді про те, як Флемінг виявив незвичайні властивості плісняви ​​у чашці Петрі на своєму лабораторному столі, досить суперечливі.

За одними даними Флемінг не відрізнявся особливою акуратністю і не викидав культури по 2-3 тижні, поки його лабораторний стіл не виявлявся захаращеним 40-50 чашками. Тоді він брався за прибирання, переглядав культури одну за одною, щоб не пропустити щось цікаве.

За іншою версією, пліснява "надуло" у випадково залишену відкриту чашку Петрі з культурою стафілококів із відчиненого навстіж вікна.

Ну а за третьою версією події розвивалися дещо інакше. Флемінг був дуже акуратний у поводженні з культурами коків у лабораторному посуді, оскільки якщо їх залишали не закритими, вони миттєво покривалися пліснявою. На одну з таких випадковозабутих чашок Флемінг і звернув свою увагу, коли виявив, що культура вкрилася пліснявою, але якось по-особливому: між пліснявою і колоніями бактерій утворилися світлі та прозорі плями - пліснява ніби стискала мікробів, не даючи їм рости біля себе. Тоді Флемінг вирішив зробити масштабніший досвід: пересадив грибок у велику посудину і став спостерігати за його розвитком.

Сперечатись про те, як воно було насправді марно. Тим більше, сьогодні відкриття пеніциліну - факт, що відбувся.

Флемінг перейнявся значимістю свого відкриття не відразу. Спочатку він малював пеніциліном картини. Щоправда, паралельно із цим він вивчав властивості речовини, проводячи низку дослідів на тваринах. Негативних реакцій не спостерігалося, на вмісті лейкоцитів у крові не змінювалося, а бактерицидні властивості пеніциліну були очевидні.

Першою людиною, до якої був застосований пеніцилін, був асистент Флемінга доктор Стюарт Греддок, який захворів на гайморит. Йому ввели в гайморову порожнину невелику кількість речовини, і вже за три години стан його здоров'я значно покращився.

Так, 13 вересня 1929 року на засіданні медичного дослідницького клубу при Лондонському університеті Олександр Флемінг повідомив про свої дослідження.

Очищення та масове виробництво пеніциліну

До широкого застосуванняпеніциліну в медицині було ще далеко: потрібно було очистити отриману речовину від сторонніх домішок. Вдалося цього досягти далеко не відразу: тільки в 1938 році група вчених Оксфордського університету, яка отримала на проведення досліджень грант у розмірі $5 тисяч від фонду Рокфеллера, зуміла досягти потрібного результату.

Очолював групу професор Оксфорда Говард Флорі, а до складу групи входили: біохімік Ернст Чейн, конструктор Норман Хітлі, який успішно використовував новітні для того часу технології ліофілізації (випарювання за допомогою низьких температур), а також Олександр Флемінг – душа проекту. За своє відкриття вчені в 1945 отримали Нобелівську премію

Ішла Друга світова війнаі налагодити масове виробництво ліків в Англії не було жодної можливості. Восени 1941 року Флорі та Хітлі вирушили до Америки, де запропонували технологію виробництва пеніциліну голові науково-дослідної медичної ради США Альфреду Річардсу. Згода на фінансування програми була отримана на найвищому рівні.

Американцям удалося розробити ефективну технологію глибинного бродіння. Перший завод вартістю 200 млн доларів був побудований менш ніж за рік, причому батареї його величезних ферментерів, де вирощувалась пліснява, нагадували обладнання для збагачення урану.

Після цього в США та Канаді були побудовані нові заводи. Виробництво пеніциліну зростало як у дріжджах: червень 1943 року - 0,4 млрд. одиниць, вересень - 1,8 млрд., грудень - 9,2 млрд., березень 1944 року - 40 млрд. одиниць. Вже у березні 1945 року пеніцилін з'явився в американських аптеках.

Після закінчення війни вийшов скандал: Америка всерйоз налаштовувалася привласнити ідею і технологію виробництва собі, але за допомогою кількох публікацій у пресі англійці переконливо довели всьому світу свій пріоритет у винаході пеніциліну.

Пеніцилін у Росії

У роки Великої Вітчизняної Йосип Сталін домагався збільшення поставок до СРСР американського пеніциліну. При цьому він наполягав на тому, що виробництво цих ліків має бути освоєне і в СРСР. Навіть велися переговори з американцями щодо купівлі ліцензії на виробництво пеніциліну.

Представники США озвучили астрономічну суму та ще й двічі її підвищували, аргументуючи це "помилкою в попередніх розрахунках". У результаті мікробіолог Зінаїда Єрмольєва зайнялася виробництвом вітчизняного аналога, який отримав назву крустозин. За своїми властивостями ця речовина значно поступалася пеніциліну, та й технологія його виробництва була неймовірно дорогою.

Скінчилося все це тим, що ліцензія на виробництво пеніциліну була куплена у Ернста Чейна, після чого НДІ епідеміології та гігієни Червоної Армії під керівництвом Миколи Копилова освоїв цю технологію та запустив її у виробництво.

Основним виробничим штамом була культура Penicillium Chrysogenum. 1945 року після випробувань вітчизняного пеніциліну колектив інституту на чолі з Копиловим був удостоєний Сталінської премії. Єрмольєва і її крустазин були забуті.

Незважаючи на всі чудові властивості антибіотиків взагалі і пеніциліну, зокрема, сьогодні вчені стурбовані тим, наскільки швидко більшість бактерій і мікробів виробляє стійкість до їх впливу.

Так директором Європейського регіонального бюро Всесвітньої організації охорони здоров'я було зроблено невтішний висновок: "Ще Олександр Флемінг застерігав, що надмірне захоплення антибіотиками формує у бактерій опірність до цих медикаментів. Якщо все йтиме так само, як і зараз, то незабаром настане час, коли проти деяких бактерій просто не буде ліків”.

Наша редакція бажає читачам міцного здоров'я та нагадує, що препарати, які є антибіотиками, відпускаються з аптек лише за рецептом лікаря. Будьте здорові!