История развития науки - Антибиотики

Наука антибиотики является относительно молодой и развивающейся наукой. Истоком данного направления науки считают 1940 г. именно в этом году впервые был получен в кристаллическом виде совершенно новый химиотерапевтический порошок микробного происхождения – пенициллин. Этот препарат можно считать родоначальником новой эры лекарственных средств антимикробной терапии – антибиотики (анти – против и биос – жизнь).

Многие ученые и практикующие врачи предпринимали попытки создания препаратов оказывающих антибактериальное действие при лечении различных инфекционных заболеваний и в тоже время не оказывающие патогенное действие на организм человека, так например немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс (1493-1541) предпринимал попытки лечения сифилиса с использованием мышьяка, однако его опыты не увенчались успехом и дальнейшее применение данного вещества было приостановлено.

В 1871-1872 гг. появились работы русских исследователей В. А. Манассеина (1841-1901) и А. Г. Полотебнова (1838-1908), в которых сообщалось о практическом использовании зеленой плесени для заживления кожных язв у человека.

Первые сведения об антагонизме бактерий были обнародованы основоположником микробиологии Луи Пастером в 1877 г. Л.Пастер и С. Джеберт сообщили о подавление развития возбудителя сибирской язвы некоторыми сапрофитными бактериями. Ими была высказана мысль о возможности практического использования этого явления.

В 1889 г. французский микробиолог Вьюмен, собрав все случаи взаимовлияния микробов, растений и микробов, сформулировал важное положение: «Когда одно живое тело оказывает на расстоянии разрушительное действие на другое за счет выделяемых им химических веществ, то можно сказать, что происходит антибиоз (греч. anti – против и bios – жизнь)». Отсюда в дальнейшем и пошло название «антибиотики».

Русский ученый И. И. Мечников (1845-1916) в 1894 году научно обосновал практическое использование антагонизма между энтеробактериями, вызывающими кишечные расстройства, и молочнокислыми микроорганизмами, в частности болгарской палочкой («мечниковская простокваша»), для лечения кишечных заболеваний человека.

Двумя годами позже итальянский врач Р. Гозио из культуральной жидкости Penicillium brevi-compactum выделил микофеноловую кислоту в виде кристаллического соединения оказывающего бактерицидный эффект в отношении возбудителя сибирской язвы, однако это открытие не получило практического применения и было забыто.

В 1899 г. Эммерих и Лоу сообщили об антимикробном веществе, образуемом Pseudomonas руосуаnеа. Данное вещество получило название пиоцианаза и использовалось в качестве местного антисептика.

Русский врач Э. Гартье (1905) применил кисломолочные продукты, приготовленные на заквасках, содержащих ацидофильную палочку, для лечения кишечных расстройств. Как оказалось, ацидофильная палочка обладает более ярко выраженными антагонистическими свойствами по сравнению с болгарской палочкой.

В 1910 г. врачу, бактериологу, биохимику и директору Исследовательского института химиотерапии Паулю Эрлиху (1854-1915) в результате многочисленных опытов удалось синтезировать антибактериальный препарат на основе мышьяка оказывающий бактерицидный эффект на возбудитель сифилиса в условиях in vitro. Данный препарат получил название сальварсан (от лат. salvatio – спасение) или препарат 606. После дальнейших исследований П. Эрлих в 1912 г. разработал видоизмененный вариант этого препарата – неосальварсан или препарат 914.

Американские ученые О. Блек и У. Алсберг в период с 1910 по 1913 гг. занимались выделением из гриба рода Penicillium пеницилловой кислоты, обладающей антимикробными свойствами. Но война прервала их исследования.

Все выше перечисленные наблюдения и открытия явились базой для исследований в области изучения биологически активных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

Дальнейшая история открытия антибиотиков связана с именами таких ученых как Александер Флеминг, Эрнст Борис Чейн, Хоуард Уолтер Флори.

13 сентября 1929 г. на заседании Медицинского исследовательского клуба при Лондонском университете А. Флеминг выступил с докладом «Культура пенициллина» в котором впервые рассказал публике о своем открытии пенициллина. В ноябре 1929 г. в своей статье А. Флеминг написал: «Определенный вид пенициллиум (плесневого гриба) вырабатывает в питательной среде мощное антибактериальное вещество». И дальше: «Предлагается применить его в качестве эффективного антисептика – противогнилостного средства». В 1936 году А. Флеминг рассказал о своем открытие на II Международном конгрессе микробиологов.

Этому предшествовало событие, которое явилось результатом стечения ряда обстоятельств, столь невероятных, что в них почти невозможно поверить – открытие Флемингом пенициллина в 1928 г. В отличие от своих аккуратных коллег, очищавших чашки с бактериальными культурами после окончания работы с ними, Флеминг не выбрасывал культуры по 2, 3 недели кряду, пока его лабораторный стол не оказывался загроможденным 40 или 50 чашками. Тогда он принимался за уборку, просматривал культуры одну за другой, чтобы не пропустить что-нибудь интересное. В одной из чашек он обнаружил плесень, которая, к его удивлению, угнетала высеянную культуру бактерии Staphylococcus. Отделив плесень, он установил, что «бульон, на котором разрослась плесень, приобрел отчетливо выраженную способность подавлять рост микроорганизмов, а также бактерицидные и бактериологические свойства по отношению ко многим распространенным патогенным бактериям».

Неряшливость Флеминга и сделанное им наблюдение явились всего лишь двумя обстоятельствами в целом ряду случайностей, способствовавших открытию. Плесень, которой оказалась, заражена культура, относилась к очень редкому виду Penicillium notatum. Вероятно, она была занесена из лаборатории, расположенной этажом ниже, где выращивались образцы плесени, взятые из домов больных, страдающих бронхиальной астмой, с целью изготовления из них десенсибилизирующих экстрактов. Флеминг оставил ставшую впоследствии знаменитой чашку на лабораторном столе и уехал отдыхать. Наступившее в Лондоне похолодание создало благоприятные условия для роста плесени, а наступившее затем потепление – для бактерий. Как выяснилось позднее, стечению именно этих обстоятельств было обязано знаменитое открытие.

Первоначальные исследования Флеминга дали ряд важных сведений о пенициллине. Он писал, что это «эффективная антибактериальная субстанция оказывающая выраженное действие на пиогенные кокки [гноеродные Staphylococcus и Streptococcus ] и палочки дифтерийной группы. Пенициллин даже в огромных дозах не токсичен для животных. Можно предположить, что он окажется эффективным антисептиком при наружной обработке участков, пораженных чувствительными к пенициллину микробами, или при его введении внутрь».

Предложение молодого ученого встретило возражения его учителя известного бактериолога и иммунолога, профессора лаборатории патологии больницы Святой Марии Алмрота Райта. И не только Райта. Даже после опубликования статья не вызвала у медиков никакого энтузиазма. А все потому, что пенициллин оказался очень нестойким веществом. Он разрушался уже при кратковременном хранении, а тем более при попытке выпарить содержащий его бульон. Когда в 1939 г. Флеминг обратился за помощью в Лондонское химическое общество, то получил ответ: «Вещество слишком нестойкое и с химической точки зрения не заслуживает никакого внимания».

Подобно Пастеровскому институту в Париже, отделение вакцинации в больнице св. Марии, где работал Флеминг, существовало благодаря продаже вакцин. Флеминг обнаружил, что в процессе приготовления вакцин пенициллин помогает предохранить культуры от стафилококка. Это было небольшое техническое достижение, и Флеминг широко пользовался им, еженедельно отдавая распоряжение изготовить большие партии бульона. Он делился образцами культуры Penicillium с некоторыми коллегами в других лабораториях, но, ни разу не упомянул о пенициллине, ни в одной из 27 статей или лекций, опубликованных им в 1930-1940 гг., даже если речь в них шла о веществах, вызывающих гибель бактерий

Пенициллин, возможно, был бы навсегда забыт, если бы не более раннее открытие Флемингом лизоцима.

В 1922 Флеминг сделал свое первое важное открытие – обнаружил в тканях человека вещество, способное быстро растворять некоторые микробы. Райт назвал новое вещество лизоцимом, стремясь отразить в названии, с одной стороны, его ферментативные свойства (энзиме), а с другой – способность к лизису, т.е. разрушению микроорганизмов. Казалось, что лизоцим – это природный антисептик, но, к сожалению, обнаружилось, что он малоэффективен против наиболее патогенных микроорганизмов.

Именно открытие лизоцима заставило руководителя кафедры патологии Оксфордского университета профессор Г. Флори и одного из его помощников биохимик Э. Чейн заняться изысканием нового лекарства для борьбы с микробами. Они стали изучать терапевтические свойства пенициллина. В 1940 году оксфордская группа ученых получила первые порции препарата. Правды ради следует сказать, что пенициллина в той желтоватой жидкости, которую демонстрировали радостные ученые своим коллегам, содержалось всего один процент. Но все, же это было лекарство. Сначала с его помощью были излечены мыши, зараженные смертельной дозой стафилококка, а 12 февраля 1941 г. с помощью пенициллина была сделана попытка спасти мужчину, который погибал от заражения крови. Несколько инъекций пенициллина в течение одного дня улучшили его состояние, однако имеющегося количества пенициллина оказалось недостаточно, и спасти больного не удалось. Несмотря на трагический исход, ценность препарата стала совершенно очевидной, что и было отмечено во всех газетах Англии. Газета "Таймс" поместила статью А.Райта, в которой были такие слова: "Лавровый венок должен быть присужден Александру Флемингу. Это он первым открыл пенициллин и первый предсказал, что это вещество может найти широкое применение в медицине". Дальнейший путь пенициллина, тем не менее, не был усыпан розами. Несмотря на то, что война уже шла и кругом миллионы людей погибали от гнойных ран, правительство Великобритании не хотело раскошеливаться на строительство специального завода для производства нового лекарства. Может быть, дело б так и не сдвинулось бы с мертвой точки, если бы не энергия Г. Флори. Он нашел и деньги, и людей, которые ему помогли, в Америке. Исследовательская работа закипела. Вскоре дело продвинулось так далеко, что был начат промышленный выпуск пенициллина. Первым человеком, вылеченным при помощи пенициллина, стала девочка, болезнь которой началась с воспаления горла, а потом распространилась на сердце. Врач, который ее лечил, упросил дать ему пенициллин. Никто о таком применении пенициллина раньше не думал. Но очень уж жаль было ребенка. Раствор пенициллина был введен девочке, когда та уже умирала. Полученный эффект превзошел все ожидания: девочке сразу стало лучше, и она быстро выздоровела. Вскоре после этого случая Флеминг сам впервые ввел раствор пенициллина в спинно-мозговой канал своему другу, который заболел гнойным воспалением мозговых оболочек. Неминуемая, казалось бы, смерть отступила и на этот раз. Потом уже пенициллином начали лечить английских летчиков, получивших ранения в воздушных боях над Лондоном. Под влиянием антибиотика гнойные раны очищались, ожоги зарастали кожей, гангрена отступала. Действие лекарства было похоже на мановение волшебной палочки. Первооткрыватели пенициллина Флеминг, Флори и Чейн, понимая все значение этого лекарства для человечества, не засекретили свое открытие и не взяли на него патента, как это обычно делается.

Английские ученые были не единственные, кто обнаружили способность одних микроорганизмов выделять антибиотические вещества против других. В конце XIX – начале XX веков были открыты антагонистические свойства у спорообразующих бактерий. К этому же периоду относятся первые работы, в которых описываются антагонистические свойства у актиномицетов.

Антибиотики были не единственные вещества, которые оказывали антимикробное действие на микроорганизмы. В 30-х годах XX века в результате химического синтеза были получены новые органические соединения – сульфаниламиды, среди которых первым эффективным препаратом, оказывающим антибактериальное действие при тяжелых стрептококковых инфекциях, стал красный стрептоцид (пронтозил). В 1934 г. немецкий бактериолог Герхард Домагк (1895-1964) установил противококковое действие стрептоцида в экспериментах на животных. Новое средство оказалось не столь универсальным и эффективным; оно, как выяснилось, помогает главным образом лишь при рожистом воспалении и при лечении ран.

Но это средство открыло новую эру – антибактериальной химиотерапии. Дальнейшее усовершенствование стрептоцида привело к получению близкого по строению к пронтозилу химиопрепарата – сульфидина. Это осуществил в 1937 году советский химик Исаак Яковлевич Постовский. В дальнейшем данный препарат уступил место более эффективным сульфаниламидным соединениям норсульфазол, фталазол и другие.

С открытием сульфаниламидных препаратов и применения их в медицинской практике продолжилась борьба со многими инфекционными заболеваниями, в том числе сепсиса, менингита, пневмонии и ряда бактериальных инфекций, передающихся половым путем (сифилис, гонорея) и ряда других.

Одним из первых, осуществивших целенаправленный поиск антибиотиков, был француз Рене Жиль Дюбо (1901-1982), работавший в Америке. В 1938 г., он приступил к поиску микробов, обитающих в земле, которые бы убивали стафилококков. В 1939 г. он выделил из почвенной бактерии Bacillus brevis пептид тиротрицин (смесь антибиотиков грамицидина и тироцидина), который оказался слишком токсичным, и его применение ограничилось промыванием гнойных ран и полосканием горла при ангине. Открытие Дюбо явилось стимулом для других ученых, которые начали искать новые антибиотики.

В 1942 г. советскими исследователями Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражниковой был выделен из подмосковных почв новый штамм Bacillus brevis, синтезирующий антибиотик грамицидин С, отличающийся от грамицидина Дюбо.

В 1939 г. Н. А. Красильников и А. И. Кореняко из культуры фиолетового актиномицета Actinomyces violaceus, выделенного ими из почвы, получили первый антибиотик актиномицетного происхождения – мицетин – и изучили условия биосинтеза и применения мицетина в клинике.

В нашей стране работу по нахождению продуцента пенициллина осуществили З. В. Ермольева и Т. И. Балезина с сотрудниками.

В 1941 году внимание З. В. Ермольевой привлекла статья Флори о получении очищенного пенициллина и успешном испытании его на мышах, опубликованная в «Ланцете» в августе 1940 года. Через Наркомздрав она просила у союзников образец плесени, с которой работал Флеминг. Англичане сначала тянули с ответом, а затем сообщили, что исследования ведутся в США и посоветовали обратиться туда. Но и американские коллеги не торопились поделиться «сокровищем», и все же пенициллин в нашей стране появился. Сотрудниками лаборатории Ермольевой была проведена огромная и кропотливая работа, были изучены многие образцы плесени. Тамара Иосифовна Балезина – сотрудница Ермольевой, выделившая первый пенициллин так описывала этот период: «Устав от напрасного ожидания, весной 1942 года я с помощью друзей стала собирать плесени из самых различных источников. Те, кто знал о сотнях неудачных попыток Флори найти свой продуцент пенициллина, относились к моим опытам иронически. 93-м по счету образцом был грибок, случайно выросший в другой лаборатории на культуре микроорганизма, над которым там работали. Этот штамм был идентифицирован как «близкий к Penicillium crustosum». Из него мы и стали получать советский препарат, который назвали «пенициллин-крустозин ВИЭМ». В середине 1944 года после долгих исследований Ермольева отправилась на фронт, чтобы испытать действие своего препарата. Всем раненым перед операцией Ермольева делала внутримышечную инъекцию пенициллина. После этого у большинства бойцов раны рубцевались без всяких осложнений и нагноений, без повышения температуры. Пенициллин показался видавшим виды полевым хирургам настоящим чудом. Он вылечивал даже самых тяжелых больных, уже болевших заражением крови или воспалением легких. За время этих полевых испытаний было успешно вылечено свыше 1200 раненых с различного вида заражениями тканей. Интересное испытание «солнца антибиотиков» произошло в январе 1944 г., когда в Москву с группой зарубежных ученых приехал профессор Флори. Он привез свой штамм пенициллинума и решил сравнить его с советским. Наш препарат оказался активнее английского: 28 единиц против 20 в 1 мл. Тогда профессор Флори и американский ученый Сандерс предложили провести клинические испытания. И вновь победу одержал наш отечественный пенициллин.

В 1944 г. Зелман А. Ваксман совместно с группой исследователей открыл антибиотик эффективный в отношении туберкулезной палочки. История этого открытия началась в 1932 г., когда Американская национальная ассоциация по борьбе с туберкулезом обратилась к Ваксману с просьбой изучить процесс разрушения палочки туберкулеза в почве. Он сделал заключение, что за этот процесс ответственны микробы-антагонисты. К 1939 г. Ваксман решил развернуть новую программу, касающуюся использования его исследований по микробиологии почвы для лечения болезней человека. «Я чувствовал по своему опыту, что грибы и актиномицеты могут быть значительно более эффективными источниками антибактериальных средств, чем обычные бактерии», – заявил он позднее. Другой причиной его новой исследовательской программы была вторая мировая война, «маячившая на горизонте, – говорил Ваксман, – и диктовавшая необходимость создания новых препаратов для контроля над различными инфекциями и эпидемиями, которые могли возникнуть».

В течение последующих четырех лет Ваксман и его коллеги исследовали около 10 тыс. различных почвенных микробов в поисках антибиотиков, которые могли бы разрушать бактерии, не причиняя вреда человеку. В 1940 г. исследовательская группа выделила актиномицин, оказавшийся высокотоксичным антибиотиком. Спустя еще два года ученые открыли стрептотрицин – антибиотик, высокоэффективный в отношении возбудителя туберкулеза. В 1943 г. последователи обнаружили стрептомицин в штамме актиномицет, выделенных во время работы Ваксмана над первой научной статьей.

После нескольких лет тестирования и доработки в 1946 г. стрептомицин стал широко использоваться. Этот препарат оказался особенно ценным, т.к. был эффективен в отношении бактерий, устойчивых к сульфаниламидным препаратам и пенициллину. Получение стрептомицина побудило других исследователей к выделению из микробов почвы, особенно актиномицет, новых разновидностей антибиотиков. Феноменальное увеличение числа этих лекарственных средств, выделенных начиная с 1950 г., является в значительной степени результатом программ, созданных усилиями Ваксмана.

В 1952 г. Ваксман был награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине «за открытие стрептомицина, первого антибиотика, эффективного при лечении туберкулеза». В речи при вручении премии Арвид Волгрен из Каролинского института отметил, что «в отличие от открытия пенициллина профессором Александером Флемингом, которое было в значительной степени обусловлено случаем, получение стрептомицина было результатом длительного, систематического и неутомимого труда большой группы ученых». Заметив, что стрептомицин спас уже тысячи человеческих жизней, Волгрен приветствовал Ваксмана как «одного из величайших благодетелей человечества».

В 1948 г. Девид Готлиб (1911-1982) выделил левомицетин, а Бенжамин М. Дуггар (1872-1956) – хлортетрациклин. В 1949 г. Дж. Броттц (1895-1976) получил из плесени Cephalosporium acremonium цефалоспорин С, а к 1955 г. антибиотиков насчитывалось уже более 500. Сейчас открыто и изучено примерно 10 000 соединений этого класса, причем более 200 из них нашли применение в медицине.

И все же, несмотря на достоинства новых препаратов, пенициллин до сих пор остается самым распространенным, т.к. он по-прежнему активен и поныне продолжается его триумфальное шествие по земному шару. А человек, открывший новую эпоху в жизни человека, был чрезвычайно скромен. В 1945 г., получая Нобелевскую премию, Флеминг сказал: «Мне говорят, что я изобрел пенициллин. Нет, я только обратил внимание на него людей и дал ему название».