CC BY
398
ИСТОРИЯ БИОМЕДИЦИНЫ
К 90-ЛЕТИЮ ОТКРЫТИЯ ПЕНИЦИЛЛИНА
Пенициллин, как лекарственный препарат, положивший начало новой эре развития медицины
М.К.Мамедов, А.А.Кадырова
Hациональный центр онкологии, Азербайджанский медицинский университет, г.Баку
Девяносто лет назад, в сентябре 1928 г, английский бактериолог шотландского происхождения Александр Флеминг, который еще в 1922 г открыл и детально изучил лизоцим, обратил внимание на интересное явление - выросшие на агаре в чашке Петри колонии стафилококков растворились в зоне соприкосновения с колонией, выросшей из спор плесени, случайно попавших из воздуха на агар.
Это наблюдение побудило Флеминга обратить внимание на выросшую на агаре зеленую плесень и изучить ее способность подавлять размножение бактерий in vitro. В процессе целенаправленных исследований описанного феномена он установил, что клетки этого гриба продуцируют в питательную среду необычайно активное антибактериальное вещество. 7 марта 1929 г ученый назвал его "пенициллином" по родовому названию вырабатывающего его плесневого гриба (лишь спустя 2 года выяснилось, что им был Penicillium notatum).
Не владея навыками препаративной химии, ни Флеминг, ни его коллеги из лаборатории не сумели выделить это вещество в чистом виде и были вынуждены исследовать свойства неочищенного препарата.
Вместе с тем, эти исследования позволили получить целый ряд ценных сведений о свойствах пенициллина. Во всяком случае автор отметил, что в отличие от лизоцима, пенициллин не является ферментом. Ему удалось установить, что даже такой препарат в сильно разведенной форме активно подавляет размножение стафилококков, стрептококков и пневмококков и в меньшей степени - бактерий сибирской язвы и дифтерии. При этом, он не действовал на рост кишечной палочки, холерного вибриона и бактерии брюшного тифа. В то же время, он обнаружил, что пенициллин даже в огромных дозах не токсичен для животных.
Первое официальное сообщение о своем открытии Флеминг сделал 13 февраля 1929 г в Лондоне в Медицинском научном клубе. Лишь после этого он написал о пенициллине небольшую, но предельно насыщенную полученными ими данными, статью, которая была опубликована в июне 1929 г в British Journal of Experimental Pathology.
Однако, надо отметить, что судя по ее названию, автор предлагал использовать антибактериальные свойства бульонных культур изученной плесени для предохранения выделяемых у больных штаммов от контаминации посторонними кокками. Лишь в конце статьи Флеминг отметил, что препарат не обладает обнаруживаемой токсичностью (и может быть введен парентерально) и предположил, что в будущем он, вероятно, сможет применяться в качестве средства для лечения инфекций при наружной обработке участков, пораженных чувствительными к нему бактериями или даже при его введении внутрь.
Не останавливаясь на деталях биографии Флеминга, подробно описанной в превосходной книге "Жизнь Александра Флеминга" французского писателя Андре Моруа, отметим лишь то, что пройдя подготовку по хирургии, в 1906 г он стал членом Королевского колледжа хирургов и с того времени работал в лондонском госпитале Сент-Мэри в лаборатории, руководимой Элмротом Райтом. В свое время, Райт разработал серологическую реакцию для диагностики бруцеллеза и создал теорию опсо-нинов. В 1908 г Флеминг получил степень магистра. В годы войны он в чине капитана служил армейским врачом в бактериологической лаборатории в г.Булонь (Франция), где в процессе лечения раненных провел наблюдения за применением наружных антисептиков. В 1918 г он вернулся к своей работе в Англии и в 1928 стал профессором бактериологии Лондонского университета.
l/i
т
t I
if JJ*^
1 I
Александр Флеминг (1881-1955)
И хотя открытие, позднее пpинесшее Флемингу мировую известность, оказалось во многом случайным, он знал о многих исследованиях, авторы которых до него изучали явление антагонизма между грибами и бактериями. Научная корректность требует упоминания хотя бы наиболее важных из них.
Начнем с того, что термин "антисептик", по-видимому впеpвые был использован в литеpатуpе Дж. Принглем в 1750 г для обозначения веществ, предотвращающих гниение. Однако использование антисептиков в медицине началось лишь в 1825 г, когда для обработки pан был впеpвые использован гипохлорит натрия (в 1839 г с этой же целью использовали настойку йода).
Внедрению антисептиков в медицине способствовала инициатива английского хирурга Джозефа Листера, впервые предложившего использовать раствор фенола (каpболовой кислоты) для обработки рук хирурга и для стерилизации хирургических инструментов и помещений и в конце 60 гг XIX в заложившего основы "антисептики".
Что же касается использования в медицине плесеней, то надо начать с того, что возможность применения зеленой плесени при лечении тяжелых гнойных ран была известна еще древним вpачам, причем не только Востока, но и Греции и Рима - об этом свидетельствует соответствующие упоминания во многих исторических документах.
Первое письменное упоминание об исцеляющей силе плесени содержится в папирусе Эдвина Смита - старейшем медицинском документе, датированном приблизительно XV в до н.э., автором
которого считается древнеегипетский лекарь Им-хотеп. Кроме того, рекомендации прикладывать к гноящимся ранам повязки с плесенью имеются в трудах Авиценны. Вместе с тем, первые научные исследования по данному вопросу были предприняты во второй половине XIX в.
Вероятно одним из первых исследований в этой области стало наблюдение самого Д.Листера, который еще в ноябре 1871 г в нескольких опытах эмпирически наблюдал под микроскопом как плесени Penicillium glaucum тормозила рост бактерий. Тем же временем датируются и сообщения работавших в тот период в Австрии русских врачей терапевта В.А.Манассеина (1871) и дерматолога А.Г.Полотебнова (1872) об успешном применении для лечения инфицированных ран экстрактов культуры того же гриба Penicillium glaucum, обладающих выраженным бактериостатическим действием.
В 1874 г англичанин Уильям Роберт, а через год его соотечественник Джон Тиндаль сообщили о своих наблюдениях, в ходе которых обнаружилась способность плесени тормозить рост бактерий. Вскоре аналогичные наблюдения провели и другие врачи. Надо сказать, ознакомившись с этими работами, французский миколог Жан-Поль Вюймен в 1889 г впервые использовал термин "антибиоз" (как антоним термина "симбиоз"), обозначив им явление губительного влияния жизнедеятельности одного организма на другой организм.
В 1896 г итальянец Бартоломео Гозио из культурной жидкости Penicillium ЬгеуюотрасШт выделил кристаллическое соединение - микофеноло-вую кислоту, подавляющее рост бактерий сибирской язвы.
В 1897 г французский военный врач Эрнст Дюшен представил в Лионский университет диссертацию на тему "Новое в изучении жизненной конкуренции микроорганизмов: антагонизм между плесенями и микробами", в которой описаны антибактериальные свойства экстракта из плесени Penicillium notatum (на нее ссылался и Флеминг). Однако исследования на эту не были завершены из-за смерти автора.
В 1899 г Рудольф Эммерих и Оскар Лоу сообщили о выделении из бульонной культуры Pseudomonas aeruginosa (описанную впервые в 1862 г А.Люкке и выделенную в чистом виде П.Жессаром в 1882 г) вещества, обладающего антисептическими свойствами. Авторы предложили использовать его в качестве наружного средства для лечения ран и назвали его "пиоцианазой" (бактерию Ps. aeruginosa до 1900 г называли Bpyocya-neum).
Ховард Уолтер Флори Эрнст Бормс Чейн
(1898-1968) (1906-1979)
И, наконец, в 1924 г вышла статья сотрудников Института Пастера в Брюсселе Андре Грация, ученика Ж.Борде, совместно с Сарой Дат, в которой сообщалось о способности актиномицетов Actinomyces albus выделять бактериостатические вещество, названное авторами "стрептотриксом". Позднее Флеминг, многие годы друживший с Грация, отмечал очень важное значение этого исследования.
Отдавая должное настойчивости ученого, отметим, что Флеминг и его коллеги по госпиталю Сент Мэри пытались использовать бульонные культуры пенициллина в клинике и, в частности, в качестве наружного средства для лечения ран. Но первым человеком, который решился испытать на себе пенициллин, стал ассистент Флеминга доктор Стюарт Греддок, заболевший гнойным гайморитом. Ему ввели в гайморову полость небольшое количество вытяжки из плесени, и уже через несколько часов его состояние значительно улучшилось.
Однако, несмотря на обнадеживающие результаты применения в клинике, пенициллин оставался нестабильным и не поддавался очистке и ни он, ни его коллеги не смогли решить эту по существу биохимическую задачу. Тем не менее, на протяжение последующих десяти лет после своего открытия Флеминг надеялся найти исследователей, способных получить пенициллин, очищенный от примесей и с этим вопросом тщетно обращался к нескольким известным химикам.
Однако этот вопрос был решен исследователями, которые даже не были знакомы с Флемингом и заинтересовались его исследованиями по лизоци-му и пенициллину. Ими оказались приехавшие в Англию австралиец по происхождению врач Ховард Уолтер Флори и окончивший Берлинский университет и выполнивший диссертацию по эн-зимологии биохимик Эрнст Борис Чейн.
В 1935 г Флори был назначен профессором в Институте патологии сэра Уильяма Дэна и решил заняться изучением лизоцима. Для этой работы он пригласил в свой институт молодого ученого Чей-на, который работал в Институте биохимии в Кембридже.
Ознакомившись с исследованиями Флеминга, Чейн заинтересовался пенициллином и привлек к нему внимание Флори, поскольку пенициллин представлялся более перспективным для изучения.
По просьбе Чейна Флори обратился в Рокфеллеровский научный фонд и вскоре получил сравнительно небольшую субсидию на выполнение исследований по проблеме антагонизма бактерий.
Работа над пенициллином в Оксфорде (небольшой образец плесени был ранее передан в Оксфордский институт одной из бывших сотрудниц Флеминга) началась в 1938 г.
Впервые использовав метод лиофильного высушивания препаратов пенициллина из его замороженных растворов в метиловом спирте, Чейн сумел получить его высококонцентрированную форму, которая не обладала токсичностью при вве-
дении в кровь животных и отличалась очень высокой антибактериальной активностью как in vitro, так и in vivo на зараженных мышах. Более того, Чейн установил, что в химическом отношение пенициллин представляет собой беталактам.
Эти данные побудили Флори привлечь к исследованию пенициллина и других исследователей, которые вскоре сформировали научную группу, вошедшую в историю медицины как "оксфордская группа" изучения пенициллина. В нее вошли химик-технолог Норман Хитли, врачи Э.Эбрахэм, А.Гарднер и еще несколько других ученых. Усилиями этой группы в 1940 г пенициллин впервые был получен в кристаллическом виде, а его антибактериальная активность более, чем в миллион раз превосходила активность препарата, который был получен Флемингом.
Однако, к этому моменту наука обогатилась целым рядом открытий в области лечения инфекционных заболеваний. Так, в 1935 г в Германии Герхард Домаг установил, что антибактериальной активностью обладает пронтозил. В 1937 г М.Вельш в США обнаружил антибактериальные свойства у вещества, вырабатываемого актиноми-цетами, и назвал его "актиномицетином". В 1938 г Рене Дюбуа из Рокфеллеровского института получил из B.brevis продукт с антибактериальной активностью и назвал его "тиротрицином".
Это побудило английских ученых сравнить пенициллин с этими веществами. Оказалось, что обладая очень высокой антибактериальной активностью и будучи практически лишенным токсических побочных действий, он оказался более перспективным, нежели любой из перечисленных выше веществ.
Уже 25 мая 1940 г был завершен первый тест по оценке химиотерапевтических параметров пенициллина. По итогам исследований в этом же году в "Ланцете" было опубликовано сообщение "Пенициллин как химиотерапевтический агент", авторами которого были все члены оксфордской группы. Появление этой публикации обрадовало Флеминга, который написал письмо Флори и встретился с членами оксфордской группы (позднее Чейн писал, что до этой встречи он полагал, что Флеминг давно умер).
25 октября 1940 г в Оксфорде было проведено первое клиническое испытание пенициллина, которое подтвердило его терапевтическое действие и отсутствие клинически значимой токсичности. Это поставило вопрос о необходимости начать промышленное производство препарата для широкого применения. Однако, ни одна из фармацевтических компаний в Англии не согласилась органи-
зовать производство этого лекарственного средства.
Это вынудило Флори искать его потенциальных производителей в США - в итоге поиски увенчались успехом фирма "Merk", при участии английского технолога Н.Хитри, приехавшего в США разработала промышленную технологию производства препарата. Уже в ноябре 1942 г, после завершения массового испытания препарата на людях, компания начала производить пенициллин для инъекций.
Уместно отметить, что по инициативе Флори патент на препарат не подавался, поскольку ученые полагали, что это могло ограничить возможности широкого внедрения препарата в клиническую пракику, особенно важного в условиях все еще продолжавшейся в тот период 2-й мировой войны.
Уже к концу войны стало ясным, что пенициллин, применение которого обеспечило спасение жизней миллионов раненных и больных, представляет собой совершенно уникальный лекарственный препарат, пригодный для лечения не одного, а целой группы инфекционных заболеваний. И ни одно лекарство не спасло столько жизней, сколько пенициллин.
Осенью 1945 г А.Флеминг, Э.Чейн и Г. Флори были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине с формулировкой "за открытие пенициллина и его терапевтического свойства при различных инфекционных заболеваниях". На церемонии ее вручения представитель Каролинского института, говоря о вкладе ученых в науку, отметил и то, что "они сделали для победы над фашизмом больше, чем 25 дивизий".
В своей Нобелевской лекции Флеминг отметил, что "феноменальный успех пенициллина привел к интенсивному изучению антибактериальных свойств плесеней и других низших представителей растительного мира. Лишь немногие из них обладают такими свойствами".
Именно для обозначения веществ, продуцируемых грибами, растениями и иными живыми организмами и в невысоких концентрациях оказывающих избирательное губительное воздействие на бактерии (или другие живые организмы), т.е. реализующих явление "антибиоза", в 1942 г Зельман Ваксман, "отец" 2-го важнейшего препарата этого рода - стрептомицина, предложил название "антибиотики".
Итак, открытие пенициллина, ставшее одним из важнейших достижений науки в XX в, положило начало новой эры развития не только методов лечения многих инфекционных болезней, но и медицины, поскольку антибиотики заняли важное
место и в лечении и профилактике целого ряда соматических заболеваний, прямо не связанных с инфекционной патологией. Иначе говоря появление пенициллина стало мощным стимулом для развития антимикробной химиотерапии, в целом.
Уже вскоре стали появляться новые антибиотики, причем число этих препаратов быстро увеличивалось и уже к 1955 г достигло нескольких десятков. Сегодня науке известны несколько тысяч антибиотиков, а клиническое применение нашло около двухсот препаратов.
Вместе с тем, уже вскоре после широкого внедрения антибиотиков в клиническую практику выяснилось, что несмотря на все их достоинства, их применение неизбежно сопряжено с несколькими проблемами, которые ждут своего решения.
Во-перых, все антибиотики без исключений обладают побочными действиями, некоторые из которых могут ограничить возможности их применения. Эти действия, с одной стороны, могут индуцировать различные токсические эффекты, в числе которых могут быть и аллергические реакции.
Во-вторых, продолжительное применение антибиотиков способно привести к развитию дисбак-териозов и изменению пейзажа нормальной микрофлоры организма и, соответственно, вытекающим из этого последствиям.
В-третьих, выяснилось, что через некоторое время после начала применения антибиотиков их эффективность нередко снижается, что обусловлено тем, что у бактерий вырабатывается устойчивость к данному препарату. Такая устойчивость, называемая резистентностью к антибиотику, представляет собой приобретенное и наследственно закрепленное свойство этих бактерий.
Надо отметить, что именно пенициллин стал первым препаратом, на примере которого было отмечено возникновение у бактерий устойчивости к его действию. Еще в процессе его углубленного изучения было выяснено, что устойчивые к нему бактерии вырабатывают особый фермент, расщепляющий молекулу пенициллина. Такой фермент был обнаружен оксфордскими исследователями Э.Абрахамом и Э.Чейном еще еще в 1940 г, которые назвали его "пенициллиназой" (позднее выяснилось, что это был лишь один из ферментов, объединяемых под общим названием бета-лакта-маз).
В первой половине 50-х гг были раскрыты истинные механизмы развития у бактерий резистентности к антибиотикам - оказалось, что она имеет генетическую природу и детерминируется особой частью генома бактерий - плазмидой, несущей в своем составе ген пенициллиназы и способной пе-
редаваться от одной бактерии другим бактериям, сообщая последним резистентность к соответствующему антибиотику. В итоге, такой "перенос" информации ведет к распространению антибиоти-корезистетности (АР) и появлению новых популяций бактерий на которых не действуют даже самые сильные антибиотики.
В дальнейшем выяснилось, что феномен АР проявляется все шире и шире, а число инфекций, "устойчивых" к терапии антибиотиками, становится все больше. К концу ХХ в распространение АР обрело глобальный характер.
В ситуации же, когда у человека развивается инфекция, вызванная АР бактериями, его лечение ранее использовавшимися антибиотиком становиться бесперспективным. Поэтому возросла частота случаев развития обычных инфекций, с трудом поддающихся лечению или вовсе неизлечимых - в таких случаях появляется реальная угроза для жизни пациентов.
В наши дни от последствий АР лишь в Европе ежегодно умирает около 25 тысяч человек, а в США около 90 тысяч. Согласно результатам недавно проведенного исследования, если в мире не будут приняты меры для предотвращения дальнейшего распространения АР бактерий, вызываемые ими инфекции к 2050 г могут унести жизни порядка 360 млн человек.
Осознание важности факта распространения АР отражено в документах, принятых международными организациями и, в том числе, в "Копенгагенских рекомендациях", принятых странами ЕС (1998 г), в "Глобальной стратегии ВОЗ по сдерживанию АР (2001 г) и др.
В докладе ВОЗ (апрель 2014 г) отмечается, что "эта серьезная опасность уже не представляет собой лишь прогноз на будущее, поскольку она уже проявляется прямо сейчас в каждом регионе мира и может отрицательно сказаться на каждом, независимо от возраста, в каждой стране. Устойчивость к антибиотикам - явление, когда бактерии меняются настолько, что антибиотики больше не оказывают никакого воздействия на организм людей, которые нуждаются в них для борьбы с инфекцией, и это сейчас одна из серьезнейших угроз для здоровья людей".
В сентябре 2016 г страны-члены ООН договорились начать разработку национальных планов противодействия АР бактериям в глобальном масштабе. При этом, выделяются четыре перспективных направления работы.
Первое состоит в максимально возможном ограничении применения антибиотиков не только в медицине, но и в народном хозяйстве и пищевой
промышленности, включая их продажу лишь по рецептам и строго по показаниям врача.
Второе заключается в применении в комплексе с антибиотиками вспомогательных веществ, препятствующих их разрушению микроорганизмами, например, с ингибиторами бета-лактамаз (клавулоновая кислота и др.).
Третье включает расширение масштабов "альтернирующей" терапии, при которой последовательно принимаются два или три антибиотика -при этом бактерии, устойчивые к одному антибиотику, погибают во время приема другого.
Четвертое сводится к постоянному созданию все новых и новых антибиотиков, способных подавлять бактерии, ставшие устойчивыми к ранее использующимся лекарствам. И хотя на разработку и внедрение нового антибиотика в среднем уходит 10 лет, научные коллективы и фармацевтические компании во многих странах мира продолжают заниматься выделением и синтезом новых антибактериальных веществ. И судя по всему эти поиски продолжатся и в обозримом будущем.
ISSN 1815-3917
Сдано в набор 29.06.2018. Подписано к печати 22.06.2018. Распространяется бесплатно. Тираж 500.
