Как все начиналось...

Начало победы над микроорганизмами было положено во второй половине XIX в., когда французский химик Пастер выявил бактерии в прокисшем вине. Участие микроорганизмов в процессе брожения привело ученого к мысли, что болезни человека могут иметь схожую природу. В конце XIX в. его догадки подтвердились. Ученые выделили возбудителей таких опасных инфекций, как чума, сибирская язва, холера, туберкулез. Ими оказались бактерии. Открытие стало серьезным шагом в борьбе с инфекционными болезнями.

Для предупреждения развития инфекций независимо друг от друга Луи Пастер и английский врач Дженнер разработали принципы вакцинации, а английский хирург Листер — учение об антисептике. Однако целенаправленный поиск средства, способного вылечить инфицированных людей, терпел неудачи.

Как это часто бывает, открытие антибиотика стало волей случая.

Первые опыты

В середине XX в. шотландский ученый Александр Флеминг изучал свойства стафилококка. Для этого микробиолог выращивал бактерии в чашках Петри с питательной средой. На несколько дней он оставил лабораторию без присмотра, а когда вернулся, обнаружил, что в одной из пробирок со Staphylococcus aureus выросла культура гриба Penicillium notatum. Ученый обратил внимание, что колонии бактерий не выдерживают плотного соседства с плесенью: их рост сохранился лишь на расстоянии от гриба. Дальнейшие эксперименты подтвердили антимикробные свойства плесени: культура Penicillium notatum вела себя схожим образом по соседству с колониями стрептококков, дифтерийной палочки и сибирской язвы.

Несмотря на множественные попытки, ученому так и не удалось выделить антибиотик в чистом виде, а его научные доклады на конференциях и статьи о новом лекарстве остались без должного внимания.

Спустя 10 лет работу Александра Флеминга продолжили оксфордские ученые Говард Флори и Эрнст Чейн. После двух лет неудачных опытов и разочарований они смогли получить порошок калиевой соли пенициллина путем лиофилизации — выпаривания вещества при низких температурах.

Дальнейшее изучение антимикробных свойств пенициллина проводилось учеными Оксфордского университета на лабораторных мышах. Животных заражали смертельными инфекциями, а затем им вводили раствор пенициллина. Опыты оказались удачными: выжили только те особи, которые получили инъекции антибиотика.

В 1941 г. ученые под руководством Флори опробовали действие пенициллина на человеке, страдающем раневой инфекцией. Его самочувствие значительно улучшилось после инъекций антибиотика, однако спасти больного не удалось. Он умер через месяц после лечения, когда у врачей закончился пенициллин. Оказалось, что полноценное лечение больных невозможно без налаженного производства антибиотика в больших объемах.

Эра антибиотиков

Подтверждение лекарственных свойств антибиотика было как нельзя кстати — шла Вторая мировая война. По всему миру люди гибли от раневых инфекций и послеоперационных осложнений.

Первое массовое производство пенициллина было налажено в США в 1943 г. Этим занялась небольшая в то время компания «Пфайзер», которая ранее специализировалась на производстве лимонной кислоты. Для изготовления антибиотика был выкуплен и переоборудован завод по изготовлению льда. Источником плесени были выбраны гнилые дыни: они давали наиболее продуктивный штамм — Penicillium chrysogenum. Колонии гриба выращивали в огромных бродильных чанах. Чтобы ускорить их рост, в питательную среду добавляли сладкий кукурузный сироп. Для выращивания колоний не только на поверхности питательной среды, но и внутри нее в баки через шланг поступал кислород. Такая технология получения плесени получила название глубинной.

Благодаря смекалке производителей пенициллин был получен в количествах, достаточных для оказания помощи не только американским военным, но и раненым солдатам стран-союзников.

Известия о новом лекарстве, активном при различных инфекциях, дошло до СССР в самый разгар Великой Отечественной войны. Правительство страны дало срочное распоряжение создать лабораторию для получения пенициллина. В 1942 г. под руководством профессора-микробиолога Зинаиды Ермольевой во Всесоюзном институте эпидемиологии и микробиологии ученые получили пенициллин. Антибиотик был выделен из плесневого гриба Penicillium crustosum. Препарат на его основе получил название «крустозин».

В 1944 г. в СССР было налажено промышленное производство первого отечественного антибиотика. Поверхностное выращивание на основе Penicillium crustosum не оправдало себя: полученный этим методом пенициллин не покрывал потребностей в лекарстве. Для масштабного производства лекарства отечественные ученые воспользовались технологией, применяемой в США. Антибиотик выделяли из колоний гриба Penicillium chrysogenum глубинным методом.

Заслуженные награды

В 1945 г. Александр Флеминг, Говард Флори и Эрнст Чейн были удостоены Нобелевской премии за открытие пенициллина. Понимая важность своего научного достижения, ученые договорились не патентовать изобретение.

Пенициллин стал предвестником эры антибиотиков. В 1943 г. Зельман Ваксман выделил стрептомицин, первый препарат, активный в отношении туберкулеза и чумы. Антибиотик образуется в результате жизнедеятельности бактерий семейства стрептомицет. В 1946 г. из актиномицета Streptomyces erythreus ученые фармацевтической компании «Эли Лилли» получили первый макролид, эритромицин. Препарат нашел свое применение в качестве аналога пенициллина у людей с аллергией на этот антибиотик. В 1964 г. в лабораториях «Эли Лилли» из культур Cephalosporium acremonium ученые получили препарат группы цефалоспоринов, цефалотин.

Открытие пенициллина вдохновило на дальнейшие научные подвиги и ученых СССР. В 1947 г. в стране был создан Всесоюзный научно-исследовательский институт пенициллина (позднее антибиотиков). Здесь под руководством профессора Ермольевой были получены и внедрены в производство первые отечественные образцы стрептомицина, левомицетина и бициллина.

А что сегодня?

К настоящему времени получено более 6 тыс. различных антибиотиков. Около 100 из них активно применяются в медицине. Антибиотики получают из грибов и бактерий с помощью методов химической и биохимической трансформации. Мировыми лидерами по производству антибиотиков являются США, Германия и Китай.

Каждый год ученые открывают 100—200 новых антибиотиков, но только 1—2% из них поступают в продажу после тщательных клинических испытаний. Производство этих препаратов — рискованный бизнес: достаточно часто у бактерий развивается резистентность к этим лекарствам.

Использование методов генной инженерии для синтеза новых антибиотиков приводит к созданию более мощных препаратов с минимальными побочными эффектами. Широкое применение метода позволило увеличить выход лекарственных средств и одновременно снизить затраты на производство.