Penicylina. Jak bałagan w laboratorium uratował miliony ludzi

Gdy Alexander Fleming wrócił z urlopu i zerknął na pozostawione w swoim laboratorium szalki z preparatami, nie spodziewał się, że właśnie dokonuje przełomowego odkrycia. Pleśń niszcząca bakterie zapoczątkowała erę antybiotyków i sprawiła, że medycyna  wygrała z infekcjami bakteryjnymi, ratując życie milionom ludzi. Zapraszamy do nowego cyklu o przypadkowych odkryciach w medycynie.

W pierwszych dekadach XX wieku infekcje bakteryjne, zwłaszcza te wywołane przez pałeczki zapalenia płuc i prątki gruźlicy, były trzecią przyczyną śmierci na świecie. Tylko w Stanach Zjednoczonych w 1930 roku zmarło z ich powodu około 300 tysięcy osób. Dwadzieścia lat później liczba ta spadła do około 95 tysięcy.

Badacz, który nie lubił sprzątać

Alexander Fleming pracował jako bakteriolog w londyńskim Szpitalu św. Marii. Miał temperament naukowca, ale, podobno nie był fanem sprzątania po każdym doświadczeniu przeprowadzonym w laboratorium. W przeciwieństwie do współpracowników, którzy myli aparaturę i szalki od razu po zakończonej pracy, Fleming potrafił odkładać je na stół i wracać do nich później, a czasem sprzątał dopiero wtedy, gdy zaczynało brakować miejsca.

Często historię odkrycia penicyliny opowiada się jako anegdotę o niechlujstwie, ale z materiałów źródłowych wynika, że mogło chodzić o coś więcej. Fleming zupełnie prywatnie interesował się wzorami układanymi na płytkach przez barwne kolonie bakterii. Odkładanie szalek było więc nie tylko „bałaganem”, ale też sposobem na obserwowanie, jak te wzory zmieniają się w czasie.

Kiedy pod koniec lipca 1928 roku Fleming wyjechał na miesięczny urlop, jak zwykle zostawił laboratorium w stanie dalekim od sterylnego porządku. Po powrocie przejrzał pozostawione płytki i na jednej z nich zauważył zabarwione na żółto strzępki pleśni.

Zanieczyszczenia w hodowlach bakteryjnych były wówczas dość powszechne, uważano je za błąd w sztuce i wyrzucano. Tym razem jednak Fleming zobaczył, że w promieniu około dwóch centymetrów od pleśni nie ma żadnych innych bakterii. Jak się domyślał, wyhodowany szczep musiał wydzielać jakąś specyficzną substancję, która hamowała wzrost bakterii.

Kapryśna londyńska pogoda

Pleśń ta została zidentyfikowana jako rzadki gatunek pędzlaka Penicillium notatum, a jej żółte zabarwienie wynikało z produkowanych przez grzyb substancji, nazwanych później penicyliną.

Jak się teraz przypuszcza, zarodniki pleśni dostały się do pracowni z laboratorium mykologicznego znajdującego się na niższym piętrze szpitala. Jak do tego doszło, nie wiadomo, nie ma jednak wątpliwości, że nie byłoby tej hodowli, gdyby nie anomalia pogodowa. Penicillium notatum miało szansę rozwinąć się i powstrzymać wzrost Staphylococcus aureus tylko przy utrzymującej się przez kilka dni odpowiedniej temperaturze, która sprzyjała namnażaniu grzybów, a nie bakterii.

Penicillium notatum /fot. Getty Images, Bettmann

Zapisy meteorologiczne pokazują, że lato 1928 roku było w Londynie wyjątkowo upalne, z krótkim okresem chłodniejszych dni o temperaturze około 20 stopni Celsjusza – dokładnie wtedy, kiedy Fleming wyjechał. Gdyby nie było pogorszenia pogody albo utrzymywało się ono krócej lub dłużej, grzyb nie miałby szansy nie tylko się rozwinąć, ale i niszczyć bakterii. „To natura wyprodukowała penicylinę, ja ją tylko odkryłem” –  miał później mawiać naukowiec.

Przełomowa publikacja

Kolejnym wyzwaniem dla Fleminga było znalezienie odpowiedzi na pytanie, czy nowa substancja będzie przydatna w leczeniu ludzi. Badacz miał świadomość, że wiele środków antyseptycznych potrafi niszczyć bakterie, ale przy okazji uszkadzają one także komórki układu odpornościowego człowieka.

Pierwsze wnioski były niejednoznaczne. Podanie penicyliny na infekcję w nosie raz dawało efekt, a raz nie. Także odkażanie ran nie zawsze przynosiło dobre skutki, choć było sporo przypadków, kiedy penicylina działała selektywnie, czyli hamowała wzrost gronkowca złocistego, nie uszkadzając przy tym leukocytów. Zniechęcony tymi próbami naukowiec po pewnym czasie zajął się innymi tematami, a penicylinę wykorzystywał do zwalczania bakterii w swoim laboratorium.

W 1929 roku wspomniał jednak o swoich doświadczeniach z pleśnią w jednej z publikacji, a w artykule po raz pierwszy użył nazwy penicylina. Warto dodać, że nie był pierwszym człowiekiem, który zauważył, że pleśń potrafi uprzykrzyć życie bakteriom. Ernest Duchesne opisał podobne zjawisko już w 1897 roku, Vincenzo Tiberio w 1895, a John Tyndall zauważał antybakteryjne efekty obecności Penicillium nawet dwie dekady wcześniej. W ich czasach nie znano jeszcze jednak drobnoustrojów na tyle dobrze, by zrozumieć te procesy.

Pleśń na melonie

Prawie dekadę później dwaj naukowcy z Oxfordu prof. Howard Florey i Ernset Chain trafili na artykuł Fleminga o jego doświadczeniach z penicyliną i postanowili je powtórzyć.  Wyprodukowany w laboratorium brązowy proszek przetestowali na zwierzętach, a wyniki były niezwykłe: spośród zakażonych gronkowcem szczurów, którym podawano penicylinę, przeżyła zdecydowana większość, podczas gdy w grupie kontrolnej zginęły wszystkie. Zachęciło to naukowców do dalszych badań.

Problemem okazała się jednak wydajność badanej pleśni. Hodowanie większych ilości Penicillium notatum wymagało ogromnych nakładów finansowych, trwała już wtedy II wojna światowa i badania, nawet nad tak obiecującym lekiem, nie były priorytetem władz. Dlatego Florey i Heatley w 1941 roku wyjechali do Stanów Zjednoczonych, by szukać bardziej wydajnego gatunku pleśni. Tam odkryto Penicillium chrysogenum, grzyby rosnące na melonie cukrowym, które produkowały ponad 200 razy więcej penicyliny niż Penicillium notatum.

Ampułka z penicyliną /fot. Getty Images, Bettmann

Dzięki temu odkryciu produkcja penicyliny nabrała tempa. Szybko opracowano także pożywkę umożliwiającą hodowlę na masową skalę, co już w 1943 roku pozwoliło podawać nowy lek rannym alianckim żołnierzom. Do Polski penicylina dotarła rok później, leczono nią rannych z Drugiego Korpusu Polskich Sił Zbrojnych na Zachodzie. Nasza rodzima produkcja ruszyła w zakładach w Tarchominie 1 stycznia 1950 roku.

Nobel dla odkrywców

W 1945 roku Florey i Chain za badania nad penicyliną otrzymali Nagrodę Nobla. Doceniono także jej „ojca”, Aleksandra Fleminga, który doczekał tej chwili w bardzo dobrej formie. Do końca życia pracował w Szpitalu Świętej Marii, w 1943 został członkiem Towarzystwa Królewskiego, a rok później otrzymał tytuł szlachecki.

O tym, jakie znaczenie miało odkrycie penicyliny dla ludzkości, można by napisać zupełnie inny artykuł. Dzięki antybiotykoterapii zakażenia bakteryjne przestały być powszechną przyczyną zgonów, co znacznie poprawiło kondycję zdrowotną ludzi. Penicylina stała się też standardowym lekiem na kiłę, co miało konsekwencje nie tylko medyczne, ale i społeczne. Już wtedy pojawiał się jednak problem, który dziś znamy aż za dobrze: zaczęto jej nadużywać. Co ciekawe, jej odkrywca przewidział, że stosowana w niewłaściwy sposób może w przyszłości wywoływać oporność na antybiotyki.