Historia penicyliny i antybiotyków
Leki, które zmieniły współczesną medycynę
DNY59 / Getty Images
Od greckiego „anti”, co oznacza „przeciw” i bios, oznaczające „życie”, antybiotyk jest substancją chemiczną wytwarzaną przez jeden organizm, która działa destrukcyjnie na inny. Słowo antybiotyk pochodzi od „antybiotyki”, terminu ukutego w 1889 roku przez ucznia Ludwika Pasteura o imieniu Paul Vuillemin, który użył go do zdefiniowania procesu, dzięki któremu życie może zostać użyte do zniszczenia życia. Antybiotyki to naturalne substancje uwalniane przez bakteria i grzyby do swojego środowiska, jako środek hamujący inne organizmy. Można o tym myśleć jak o wojnie chemicznej w mikroskopijnej skali.
Sir Alexander Fleming
Penicylina jest jednym z najwcześniej odkrytych i najczęściej stosowanych antybiotyków. Podczas gdy Sir Alexander Fleming Przypisuje się jej odkrycie, to francuski student medycyny Ernest Duchesne jako pierwszy zwrócił uwagę na bakterię w 1896 roku. Bardziej znane obserwacje Fleminga zostały dokonane dopiero ponad dwie dekady później.
Fleming, z wykształcenia bakteriolog, pracował w Szpitalu Mariackim w Londyn kiedy w 1928 roku zaobserwował kulturę płytkową Staphylococcus, która została skażona niebiesko-zieloną pleśnią. Przy bliższym przyjrzeniu się zauważył, że kolonie bakterii przylegające do pleśni ulegają rozpuszczeniu.
Zaciekawiony Fleming postanowił wyhodować pleśń w czystej kulturze, z której mógł zobaczyć, że kolonie bakterii Staphylococcus aureus zostały zniszczone przez pleśń Zaznaczony ołówek , co dowodzi przynajmniej co do zasady istnienia środka przeciwbakteryjnego. Fleming nazwał substancję penicyliną i opublikował swoje odkrycia w 1929 roku, zauważając, że jego odkrycie może kiedyś mieć wartość terapeutyczną, jeśli będzie można ją produkować w ilościach, jednak upłyną lata, zanim odkrycia Fleminga zostaną wprowadzone do praktycznego i powszechnego użytku.
Brytyjskie badania trwają
W 1930 roku dr Cecil George Paine, patolog z Royal Infirmary w Sheffield, zaczął eksperymentować z penicyliną w leczeniu niemowląt cierpiących na infekcje noworodków (a później z infekcjami oczu u dorosłych). Po niepomyślnym początku z powodzeniem wyleczył swojego pierwszego pacjenta 25 listopada 1930 r., jednak z niewielkim odsetkiem powodzenia wysiłki dr. Paine'a z penicyliną ograniczały się do garstki pacjentów.
W 1939 roku, kierowana przez australijskiego naukowca Howarda Floreya, praca zespołu badaczy penicyliny z Sir William Dunn School of Pathology Uniwersytetu Oksfordzkiego, w skład którego wchodzili: Ernst Boris Chain, Edward Abraham, Arthur Duncan Gardner, Norman Heatley, Margaret Jennings, J. Orr- Ewing i G. Sanders zaczynali wykazywać wielkie nadzieje. W następnym roku zespół był w stanie wykazać zdolność penicyliny do zabijania bakterii zakaźnych u myszy. Do 1940 roku opracowali metodę masowej produkcji penicyliny, ale niestety produkcja nie spełniła oczekiwań.
W 1941 roku zespół rozpoczął badania kliniczne z pierwszym ludzkim pacjentem, policjantem Albertem Alexandrem, który cierpiał na poważną infekcję twarzy. Początkowo stan Aleksandra poprawił się, ale kiedy skończyły się zapasy penicyliny, poddał się infekcji. Podczas gdy kolejni pacjenci byli skutecznie leczeni, synteza leku w wystarczającej ilości pozostawała przeszkodą.
Kluczowe przesunięcia badawcze do Stanów Zjednoczonych
Wraz z rosnącymi wymaganiami II wojna światowa powodując ogromny drenaż zasobów przemysłowych i rządowych Wielkiej Brytanii, brytyjscy naukowcy nie mieli środków na kontynuowanie badań klinicznych na ludziach w Oksfordzie. Dr Florey i jego koledzy zwrócili się o pomoc do Stanów Zjednoczonych i szybko zostali skierowani do Northern Regional Laboratory w Peoria w stanie Illinois, gdzie amerykańscy naukowcy pracowali już nad metodami fermentacji w celu zwiększenia tempa wzrostu kultur grzybów. 9 lipca 1941 r. dr Florey i dr Norman Heatley przybyli do Stanów Zjednoczonych z niezbędnym opakowaniem zawierającym niewielką ilość penicyliny, aby rozpocząć pracę.
Dzięki pompowaniu powietrza do głębokich kadzi zawierających płyn namokowy kukurydzy (bezalkoholowy produkt uboczny procesu mielenia na mokro) w połączeniu z innymi kluczowymi składnikami, naukowcy byli w stanie wywołać szybszy wzrost penicyliny niż w przypadku jakichkolwiek wcześniejszych metod. Jak na ironię, po ogólnoświatowych poszukiwaniach to zmodyfikowany szczep penicyliny, który pochodził ze spleśniałego kantalupy na rynku Peorii, wytworzył największą ilość penicyliny, gdy był uprawiany w warunkach głębokiej kadzi zanurzonej.
Do 26 listopada 1941 r. Andrew J. Moyer, ekspert Peoria Lab od odżywiania pleśni, z pomocą dr Heatley, zdołał dziesięciokrotnie zwiększyć wydajność penicyliny. Po przeprowadzeniu badań klinicznych w 1943 roku penicylina okazała się najskuteczniejszym do tej pory środkiem przeciwbakteryjnym.
Produkcja masowa i dziedzictwo penicyliny
Tymczasem jednoczesne badania prowadzone w laboratoriach Pfizer Labs na Brooklynie w Nowym Jorku, kierowane przez Jaspera H. Kane'a, doprowadziły do bardziej praktycznej metody fermentacji do masowej produkcji penicyliny o jakości farmaceutycznej. Zanim siły alianckie uderzą na plaże D-Day 6 czerwca 1944 r. , istniała wystarczająca podaż leku do leczenia licznych ofiar. Kolejną korzyścią dla masowej produkcji był spadek kosztów. Ceny penicyliny spadły z zaporowo wysokich stawek w 1940 r. do 20 dolarów za dawkę w lipcu 1943 r. do 0,55 dolara za dawkę w 1946 r.
Nagroda Nobla z roku 1945 w dziedzinie fizjologii lub medycyny została przyznana wspólnie Sir Alexander Fleming, Ernst Boris Chain i Sir Howard Walter Florey „za odkrycie penicyliny i jej lecznicze działanie w różnych chorobach zakaźnych”. Dr Andrew J. Moyer z Peoria Lab został wprowadzony do Galerii Sław Wynalazców, a zarówno brytyjskie, jak i Peoria Laboratories zostały uznane za międzynarodowe historyczne zabytki chemiczne. 25 maja 1948 r. dr Moyer otrzymał patent na metodę masowej produkcji penicyliny.