Пенициллин — история создания и другие факты о революционном лекарстве

В первой половине XX века ученые и врачи всерьез задумались об использовании живых микроорганизмов для создания лекарств. Возник термин «биотехнология», который ввел венгерский инженер Карл Эреки в конце 1910-х годов. XX столетие запомнилось не только двумя мировыми войнами, но и широким спектром научных открытий и технологических прорывов. К этому периоду относится история создания препарата, названного «пенициллин», которое спасло миллионы жизней. 13 сентября в мире празднуют День открытия этого революционного препарата. Подробнее о лекарстве – в материале 24СМИ.

Жизнь до пенициллина

Человечество знакомо с биотехнологиями не столетие, а десятки веков. Пивоварение известно людям 9 тыс. лет. Пенный напиток создают с помощью брожения, которое происходит за счет микроорганизмов, производящих энергию без кислорода. Таким образом, пивоварение – один из первых известных случаев, когда человечество приспособило бактерии для своих целей.

В дальнейшем люди освоили другие варианты эксплуатации микроорганизмов для производства продуктов питания. Свойства микроорганизмов пригодились для квашения, создания йогуртов, сыров. Древние люди не догадывались о существовании невидимых обычному зрению «помощников», которым они обязаны угощениям на столе.

Познакомиться с бактериями, которые участвуют в производстве продуктов, удалось после изобретения микроскопа. Открытие принадлежит голландцу Антони ван Левенгуку. По легенде, ученый в 1675 году случайно упал на массивное увеличительное стекло, созданное им самим. Сквозь него исследователь и разглядел микробы.

Систематизировать знания о бактериях ученые начали через 200 лет после Левенгука. Научный темп шел медленно, поэтому люди продолжали умирать от простейших инфекций, которые в XXI веке кажутся пустяком.

При заражении ставку делали в первую очередь на сам организм. Если человек справлялся с болезнью, значит, жил дальше. В противном случае пополнял могильные ряды на кладбище. Естественный отбор в действии: люди с иммунодефицитом погибали, а с крепким здоровьем поправлялись и оставляли потомков.

Но лекари старались спасти всех, поэтому применяли доступные методы и технологии. Популярностью пользовалось кровопускание. Суть заключалась в том, чтобы высвободить наружу побольше жидкой соединительной ткани, которая содержит возбудители болезни.

Пациенту давали много воды, чтобы восстановить объем крови. Для процедуры использовали пиявок или делали надрез в месте, где проходил крупный кровеносный сосуд. Метод приносил пользу, но в тяжелых случаях не помогал.

Травы для лечения человечество использует тысячи лет. Некоторые из них обладают бактерицидным свойством. Из трав готовили целебные настои или мази.

Распространенной болезнью в прошлом был сифилис, который пытались лечить ртутью. Вещество принимали внутрь или вводили в пораженный орган. Вместо ртути использовали мышьяк, который в больших дозах может привести к смерти, поэтому использование вещества граничило с опасностью.

Гноящиеся раны закрывали древесным углем. Радикальным средством был раствор брома, который оставлял ожоги, но уничтожал болезнетворные бактерии. Методы работали плохо и спасали в легких случаях или помогали людям с сильным иммунитетом.

Параллельно с систематизацией знаний о бактериях ученые искали способы заставить микроорганизмы работать на пользу науке. В 1862-м химик из Франции Луи Пастер выяснил, что процесс ферментации связан с бактериями. Ученый доказал, что ряд болезней человека вызваны микробами.

На исходе 1870-х Пастер заложил основу вакцинации. Химик использовал ослабленные патогены для создания у человека иммунитета. Но француз не стал открывателем вакцинации – это сделали за 100 лет до него. Пастер популяризовал иммунизацию, а через полвека шотландец Александр Флеминг совершил прорыв в медицине, открыв первый антибиотик – пенициллин.

Открытие лекарства

В ходе Первой мировой войны врачи зафиксировали уязвимые места в полевой медицине: солдаты отрядами умирали от заражения крови после всех хирургических манипуляций. Бойцы могли вернуться на фронт, но вместо этого отправлялись на кладбище. Британские ученые приступили к поиску лекарства, которое бы повысило шансы раненых солдат на поправку.

Среди медиков, лечивших военных, был Флеминг, который в свободное время занимался поиском основы для бактерицидного препарата. Ученый потратил годы на исследования, которые не привели к успеху. Война закончилась, но лекарства не было.

Шел сентябрь 1928 года, когда Флеминг вернулся в лабораторию после перерыва длиной в месяц. Внимание ученого привлекла чаша Петри, в которой обитала колония стрептококков и лежал кусочек хлеба, покрытого плесенью. Исследователь зафиксировал факт: в месте контакта плесени с чашей бактерии исчезли. Ученый дополнительно исследовал феномен.

Плесень, погубившая бактерии, принадлежала к роду пеницилловых. Из нее Флеминг выделил вещество, которое назвал пенициллином. Отчет о проделанной работе исследователь обнародовал в 1929-м, опубликовав статью в издании об экспериментальной патологии.

Но Флеминг столкнулся с проблемой: выработка вещества в чистом виде – трудоемкий и сложный процесс. Кроме того, экстракт плесени быстро удалялся из тканей. Врач экспериментировал с использованием вещества в больнице, применяя для лечения воспаленных очагов. Эффект процесс давал, но в важный для пациента момент лекарство утрачивало полезные свойства.

Флемингу потребовалось еще 10 лет и помощь ученых Говарда Флори и Эрнста Чейна, чтобы выделить лечебный экстракт. Исследователям потребовались десятки попыток и 2 года, чтобы получить щепотку целебного порошка.

Работу прервала Вторая мировая война, когда Великобритания вступила в конфликт с Германией. Возникла угроза немецкой оккупации, поэтому ученые решили спасти лекарство, за которым стояло будущее. Флори и Чейн улетели в США, куда контрабандным способом доставили чудодейственное вещество: ученые пропитали порошком подкладки костюмов.

Первую инъекцию пенициллина ввели в феврале 1941-го. Пациентом стал полицейский из Лондона, который порезался в процессе бритья и получил заражение крови. Страж правопорядка уже был близок к смерти, когда ему ввели пенициллин. Состояние пациента улучшилось, готовившийся к концу жизни полисмен даже начал шутить и поверил в выздоровление. Но запас лекарства был скудный, поэтому без новой инъекции состояние полицейского вновь ухудшилось. Пациент умер, но наука ликовала, ведь было доказано, что пенициллин помогает при заражении крови.

Дальнейшая цель заключалась в наращивании количества лекарства. С 1943-го препарат начали широко применять в медицине для лечения болезней, вызванных бактериями, и ликвидации осложнений после ран. Массово пенициллин начали выпускать в США, где запустили завод на винодельческой ферме, производившей виски. Оборудование для ферментации было, а война гремела за океаном, поэтому для начала работы условия были идеальны.

Флеминг, Флори и Чейн удостоились Нобелевской премии за создание пенициллина. Фармкомпании взялись за массовое производство препарата, которого к 1950 году было выпущено 200 т. Пенициллин назвали «лекарством XX столетия», из-за числа спасенных жизней. Но в первые годы открытием широко пользовались только на Западе.

Советским ученым пришлось самостоятельно в условиях тяжелейшей войны с Германией создавать революционный препарат. Разведка СССР выяснила, что британцы создали бактерицидное вещество. Советский Союз запрашивал у Лондона образцы лекарства, но Москва так и не получила ответ.

Тогда советские ученые начали самостоятельную работу по созданию пенициллина. Исследования возглавила Зинаида Ермольева. Ученые использовали плесень, которую собрали со стен бомбоубежища. От начала работы до массового выпуска препарата прошло два года.

И в России, и на Западе потребность в пенициллине росла в 1940-х. Но медики ориентировались не только на количество, но и на качество. Возник спрос на более эффективный пенициллин. В 1944-м в Москву приехал Флори, который взял с собой британский препарат, чтобы сравнить с советским. В ходе исследований выяснили, что в пенициллине СССР в 1 мл вещества 28 активных единиц, а у британского – 20. Сравнивали работу препаратов на практике: советское лекарство быстрее поднимало на ноги больных.

Действие лекарства

Пенициллин считается простым антибиотиком, в основе которого лежит кислота, разрушающая клеточную стенку патогенов. Поврежденные микроорганизмы перестают вредить и погибают. Пенициллин помогал при инфицировании стрептококками, стафилококками, кишечной палочкой, возбудителями тифа, холеры, дифтерии, сифилиса.

Простой механизм действия оказался временной мерой против бактерий. Микроорганизмы постепенно приспособились к лекарству, выработав дополнительные защитные системы. В начальные периоды использования препарата дозы составляли несколько тысяч условных единиц. Вводили лекарство 2–3 раза в сутки, что считалось оптимальным условием.

Спустя 80 лет после первого успешного применения пенициллина для борьбы с бактериями врачи вводят пациентам 1–2 млн у. е. препарата в день. Отдельные болезни и стадии предполагают введение 40–60 млн у. е.

Применение

Пенициллин вводят с помощью инъекций: внутривенно или внутримышечно. Порошок перед использованием разводят в физрастворе или анестетике. Выводится препарат за 3–5 часов, поэтому инъекции делают 4–7 раз в день. Оттого использование пенициллина связано с настоящей пыткой для пациентов, ведь ягодицы превращаются в настоящее решето.

В первой четверти XXI века пенициллин эффективен при инфицировании стрептококками, стафилококками, возбудителями гонореи, сибирской язвы и дифтерии. Но резистентность бактерий составляет ≈25%. Поэтому вероятность уничтожения болезнетворных микроорганизмов с помощью пенициллина составляет не больше 75%.

Природный пенициллин в современной медицинской практике почти не используют. Исключения составляют страны, где здравоохранение развито слабо, и пенициллин остается едва ли не единственным средством при инфицировании бактериями.

Прогрессивные страны отказались от пенициллина из-за низкой эффективности, потребности во многократном суточном введении, что для пациента превращает процесс введения инъекций в мучение. Но открытие пенициллина заложило фундамент для создания новых препаратов, которые стоят на вооружении стран с развитой медициной.

Противопоказания

Пенициллин считается одним из самых безопасных антибиотиков. Многочисленные исследования показали, что в некоторых случаях препарат можно использовать во время беременности без риска для здоровья плода. Но при наличии других вариантов медики рекомендуют приостановить использование пенициллина при беременности.

Противопоказано средство пациентам с гиперчувствительностью. Применение лекарства недопустимо при использовании кроворазжижающих средств. Нельзя совмещать лечение пенициллином с препаратами, которые вызывают гепатотоксичный эффект. Гепатотоксичность связана с активностью химических веществ, направленных на разрушение клеток печени.

Значение открытия для человечества

Левенгук, Дженнер, Пастер, Флеминг, Ермольева за два с половиной столетия толкнули медицинскую науку вперед, проторив путь от обнаружения невидимого врага до его уничтожения. 250 лет труда не поставили точку в борьбе с патогенами, но стали весомой запятой, позволившей взять под контроль смертность людей от обычного пореза или холеры.

Флеминг умер в 1955-м от сердечного приступа. Похоронили ученого в Лондоне, в соборе Святого Павла, где покоятся самые уважаемые британцы. В день смерти бактериолога Греция объявила национальный траур, а в Барселоне, где установили мемориальную доску ученому, несли охапки цветов.

Работу Флеминга продолжили. Полученные результаты легли в основу новых исследований, которые дальше развили противомикробную терапию. В ответ на растущую резистентность бактерий ученые создавали антибиотики II, III и IV поколений.

В 2022 году американские ученые отчитались о создании нового антибиотика, который эффективен против грамотрицательных бактерий. Данная категория патогенов устойчива к основным известным лекарствам. Новый препарат продемонстрировал способность поражать бактерии, но при этом вещество почти не воздействовало на компоненты нормальной микробиоты человека.

Пенициллин стал отправной точкой борьбы с болезнями, вызываемыми бактериями. Значение изобретения Флеминга трудно переоценить, ведь считается, что препарат спас больше человеческих жизней, чем другие лекарственные средства. Однако медицинская наука не стоит на месте, и человечество нуждается в новых антибактериальных препаратах.