Рождение новой промышленности

Флемминг и оксфордская группа ученых выделяли пенициллин весьма несовершенным способом. Жидкую питательную среду стерилизовали в колбах и засевали спорами гриба Peniclllium notatum. Споры прорастали, через неделю на поверхности жидкой среды разрастался мощный слой мицелия гриба, после чего жидкость фильтровали. Содержание пенициллина в фильтрате было чрезвычайно низким – на миллион частей жидкости приходилась одна часть антибиотика. Из 1 л культуральной жидкости можно было получать лишь 1 мг, а из 10 гл – 1 г пенициллина. Такие ничтожные количества вещества ограничивали перспективы использования антибиотика.

Позднее, уже в США, для культивирования гриба стали применять бутылки из‑под молока. При этом появилась возможность использовать аппаратуру молочного производства для дозирования питательной среды, мытья и стерилизации посуды. На самом крупном предприятии использовали до 750 000 бутылок. Если считать, что каждая бутылка содержала пол‑литра питательной среды, то после одного производственного цикла (375 000 л) можно было получить 375 г пенициллина. Но этого было недостаточно. Находясь в Соединенных Штатах Америки, Флори и Хитли предложили метод так называемого глубинного культивирования. По существу это был тот же самый метод, который использовался при производстве дрожжей. Большие сосуды наполняются стерилизованной жидкой средой, в которую засевают определенное количество культуры дрожжей. При постоянном перемешивании и в притоке стерильного воздуха происходит размножение дрожжей во всем объеме сосуда.

При аналогичном выращивании продуцента пенициллина необходимо было, однако, решить ряд технических вопросов. Пожалуй, самым важным из них был вопрос о том, как предотвратить проникновение в большие емкости, предназначенные для роста и размножения Peniclllium notatum, других, нежелательных микроорганизмов.

Эта проблема была решена в 1943 году. Главными поборниками внедрения новых методов в производстве пенициллина были Когхилл и его сотрудники; они нашли способ многократного увеличения продукции пенициллина. Для этого в питательную среду добавляли кукурузный экстракт, который являлся отходом при получении кукурузного крахмала и содержал вещества, не только ускорявшие рост гриба, но и стимулировавшие синтез пенициллина.

В марте 1942 года ученые располагали таким количеством пенициллина, которого было достаточно для лечения лишь одного человека. Им оказалась жена одного из профессоров университета. Пенициллин спас ей жизнь. До августа 1943 года в США уже могли лечить одновременно 500 больных. В марте того же года в Великобритании лечили 187 человек. Среди них был и пациент с тяжелым стафилококковым воспалением мозговых оболочек (менингитом), находившийся в 1942 году в больнице Св. Марии. Пенициллин был получен от Флори по просьбе Флемминга. Драматические обстоятельства, связанные с отсутствием этого препарата, и успешное излечение больного дали повод Флеммингу и Райстрику обратиться к правительству с просьбой о финансировании исследований, связанных с применением пенициллина.

Между тем производство первого антибиотика все более совершенствовалось. Микробиологи продолжали поиски наиболее продуктивных штаммов, которые выделяли бы большие количества пенициллина, чем штамм, полученный Флеммингом. Один из таких штаммов был выделен из заплесневевшей дыни, приобретенной на рынке в Пеории (штат Иллинойс) 6 июня 1944 года – в день высадки союзников в Нормандии. Из этой плесени был получен штамм гриба Penicillium chrysogenum, который стал «отцом» и «праотцем» штаммов, используемых ныне на заводах по производству пенициллина. Действием мутагенных факторов из этого штамма впоследствии получили мутанты, дававшие еще большие количества пенициллина. Это классический пример того, как теоретическое изучение мутаций микробов принесло практическую пользу в производстве пенициллина. Если первый штамм, выделенный Флеммингом и примененный затем в Оксфорде, давал 2 единицы пенициллина (приблизительно 0,001 мг) на 1 мл жидкой среды, то современные штаммы при усовершенствованных технических условиях глубинного выращивания дают не менее 10 000 единиц!

Несмотря на войну, сообщения о применении пенициллина дошли до ученых многих стран. В суровых условиях оккупации страны фашистскими захватчиками группа чешских ученых тайно вела работы по производству пенициллина. Они приготовили сырой концентрат, который под шифром Микоин‑510 врачи испытывали на больных «под носом» у оккупантов. В Словакии производство пенициллина и других антибиотиков сосредоточено на оснащенной самым современным оборудованием фабрике (Biotia) в городе Словенска‑Люпча (фото 60).

На этом, казалось бы, можно и закончить описание событий, связанных с получением пенициллина. Однако читателю будет интересно узнать, что трое ученых – Флемминг, Флори и Чейн – были удостоены высшей международной награды – Нобелевской премии за открытие, выделение и успешное лечебное применение пенициллина.

Ваксман идет иным путем

Эмигрант из Европы с аттестатом зрелости в кармане, направляющийся в Америку, – таким был в 1910 году, в начале своего жизненного пути, Селман Я. Ваксман. Профессор университета, открывший стрептомицин, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине – таким он стал к концу 1951 года. Между этими датами пролегли 40 лет. Годы учения и странствий по различным городам Соединенных Штатов Америки, и наконец – постоянное место в Государственном университете Ратджерс в городе Нью‑Брансуике (штат Нью‑Джерси).

Все это время почти без перерыва Ваксман изучает мало известные почвенные микроорганизмы – актиномицеты, доказывает их участие в создании плодородия почвы и важное место, которое они занимают в почвенной микрофлоре.

В конце 30‑х годов он начинает исследовать новое интересное свойство ак‑тиномицетов – их способность синтезировать антибиотики. В решении этой проблемы Ваксман шел иным путем, чем Флемминг. Человек чрезвычайно целеустремленный, он хочет узнать, не производят ли актиномицеты антибиотики, которые можно было бы использовать в борьбе с «белой чумой», упорно сопротивлявшейся Эрлиху и Домагку, Он ищет антибиотик против туберкулеза.

В том же году, когда Флори прибыл в США и начал исследования по получению пенициллина, Ваксман публикует сообщение о своем первом антибиотике. Он назвал его актиномицином. Однако этот препарат – красное вещество, сильно токсичное и для микроорганизмов и для животных, – не стал лекарством от туберкулеза.

График открытий антибиотиков до 1960 года с названиями наиболее известных из них. В настоящее время число антибиотиков давно перевалило за тысячу.

Годом позднее Ваксман получает стрептомицин, уже значительно менее токсичный, но еще не обладающий всеми необходимыми свойствами. Только в сентябре 1943 года, когда Когхилл стал получать пенициллин методом глубинной ферментации, Ваксман добился долгожданного успеха – создал стрептомицин, отвечающий всем требованиям. Однако ученому миру об этом стало известно лишь в следующем году. Между тем Ваксман предлагает свое сотрудничество фирме «Мерк», которая охотно соглашается финансировать дальнейшие исследования, связанные со стрептомицином. Любопытно, что продуцентом стрептомицина был актиномицет Actinomyces griseus, известный Ваксману еще с 1915 года.

В 1943 году один из его учеников вновь выделил этот микроорганизм и вместе с Ваксманом установил, что именно он продуцирует антибиотик, подавляющий возбудителя туберкулеза. Ваксман переименовал открытый им микроб в Streptomyces griseus. Сразу же после окончания войны стрептомицин становится признанным и широко распространенным средством против туберкулеза. Через пять лет Ваксман удостаивается Нобелевской премии. При торжественном вручении награды в Стокгольме в его адрес прозвучали и такие слова признания:

«Профессор Ваксман, Нобелевская премия вам присуждается за ваше талантливое, систематическое и успешное изучение почвенных микроорганизмов, которое привело вас к открытию стрептомицина, первого антибиотического средства в борьбе против туберкулеза. Вы не физиолог, не врач, тем не менее ваше открытие исключительно важно для прогресса медицины. Стрептомицин уже спас тысячи человеческих жизней. Мы, врачи, высоко ценим вашу заслугу перед человечеством».

Ваксман открыл новый путь в исследованиях антибиотических средств. Начались интенсивные поиски новых антибиотиков. Их количество резко увеличилось. В этом смысле 30‑е годы можно назвать переходными. Во второй половине 40‑х годов началась новая фаза в исследовании антибиотиков, продолжавшаяся все 50‑е и несколько замедлившаяся в 60‑е годы. Но как раз в это время наступил «расцвет» производства полусинтетических пенициллинов.

После стрептомицина стали появляться так называемые «антибиотики широкого спектра действия». Пенициллин действовал преимущественно на грамположительные бактерии. Стрептомицин с большим успехом применялся в борьбе с грамотрицательными бактериями и возбудителем туберкулеза. 1945 год был ознаменован открытием хлорамфеникол а и хлортетрациклина. Оба антибиотика оказались эффективными в отношении как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий, а первый, кроме того, еще и убивал два вида риккетсий – возбудителей сыпного тифа и лихорадки Скалистых гор. В декабре 1948 года в продажу поступил хлортетрациклин, а в январе 1949 года – хлорамфеникол. В марте 1950 года синтезировано производное хлортетрациклина – окситетрациклин, а через три года была установлена структура третьего члена «семьи» – тетрациклина. Хлорамфеникол по своему химическому строению не относится к группе тетрациклинов.

Поиски новых антибиотиков продолжаются. Стали широко известны эритромицин, затем новобиоцин, олеандомицин… Их число превысило уже несколько сотен. Открытие новых антибиотиков стало самостоятельной отраслью биохимии и микробиологии. Ученые ищут антибиотики для борьбы с бактериями, грибами, простейшими, вирусами, наконец, для борьбы с раковыми заболеваниями. Вак‑сман как бы столкнул с горы снежный ком, который, катясь по склону, становится все больше и больше. Наше время не случайно называют веком антибиотиков.