Введение
История пенициллина берет начало в наблюдениях и открытиях, подтверждающих антибиотическую активность плесени Penicillium, что привело к разработке пенициллинов – первых широко используемых антибиотиков. После получения относительно чистого соединения в 1942 году пенициллин стал первым антибиотиком, полученным из природных источников. Древние цивилизации использовали плесень для лечения инфекций, а в последующие века многие отмечали подавление роста бактерий под воздействием плесени. Работая в больнице Святой Марии в Лондоне в 1928 году, шотландский врач Александр Флеминг впервые экспериментально установил, что плесень Penicillium выделяет антибактериальное вещество, которое он назвал «пенициллином». Выяснилось, что плесень является вариантом Penicillium notatum (ныне Penicillium rubens) – загрязнителя бактериальной культуры в его лаборатории. Исследования пенициллина в больнице Святой Марии были завершены в 1929 году. В 1939 году группа ученых из Школы патологии имени сэра Уильяма Данна при Оксфордском университете под руководством Говарда Флори, включавшая Эдварда Абрахама, Эрнста Чейна, Мэри Этель Флори, Нормана Хитли и Маргарет Дженнингс, приступила к изучению пенициллина. Они разработали метод культивирования плесени, извлечения, очистки и хранения пенициллина, а также методику определения его чистоты. Они провели эксперименты на животных для оценки безопасности и эффективности пенициллина перед проведением клинических и полевых испытаний. Они определили его химическую структуру и механизм действия. Частный сектор и Министерство сельского хозяйства США выявили и культивировали новые штаммы, а также разработали методы массового производства. Во время Второй мировой войны пенициллин стал важной частью усилий союзников, спасая тысячи жизней. Александр Флеминг, Говард Флори и Эрнст Чейн разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1945 году за открытие и разработку пенициллина. После окончания войны в 1945 году пенициллин стал широко доступен. Дороти Ходжкин определила его химическую структуру, за что получила Нобелевскую премию по химии в 1964 году. Это привело к созданию полусинтетических пенициллинов, которые были более эффективными и действовали против более широкого спектра бактерий. Синтез препарата был осуществлен в 1957 году, однако культивирование плесени остается основным способом производства. Было установлено, что добавление пенициллина в корм для животных увеличивает набор веса, повышает эффективность усвоения корма, способствует более равномерному росту и облегчает контроль заболеваний. Сельское хозяйство стало одним из основных потребителей пенициллина. Вскоре после открытия пенициллина оксфордская группа сообщила о развитии устойчивости к пенициллину у многих бактерий. Исследования, направленные на преодоление и понимание механизмов устойчивости к антибиотикам, продолжаются и сегодня.
The history of penicillin follows observations and discoveries of evidence of antibiotic activity of the mould Penicillium that led to the development of penicillins that became the first widely used antibiotics. Following the production of a relatively pure compound in 1942, penicillin was the first naturally derived antibiotic. Ancient societies used moulds to treat infections, and in the following centuries many people observed the inhibition of bacterial growth by moulds. While working at St Mary's Hospital in London in 1928, Scottish physician Alexander Fleming was the first to experimentally determine that a Penicillium mould secretes an antibacterial substance, which he named "penicillin". The mould was found to be a variant of Penicillium notatum (now called Penicillium rubens), a contaminant of a bacterial culture in his laboratory. The work on penicillin at St Mary's ended in 1929. In 1939, a team of scientists at the Sir William Dunn School of Pathology at the University of Oxford, led by Howard Florey that included Edward Abraham, Ernst Chain, Mary Ethel Florey, Norman Heatley and Margaret Jennings, began researching penicillin. They developed a method for cultivating the mould and extracting, purifying and storing penicillin from it, together with an assay for measuring its purity. They carried out experiments with animals to determine penicillin's safety and effectiveness before conducting clinical trials and field tests. They derived its chemical structure and determined how it works. The private sector and the United States Department of Agriculture located and produced new strains and developed mass production techniques. During the Second World War penicillin became an important part of the Allied war effort, saving thousands of lives. Alexander Fleming, Howard Florey and Ernst Chain shared the 1945 Nobel Prize in Physiology or Medicine for the discovery and development of penicillin. After the end of the war in 1945, penicillin became widely available. Dorothy Hodgkin determined its chemical structure, for which she received the Nobel Prize in Chemistry in 1964. This led to the development of semisynthetic penicillins that were more potent and effective against a wider range of bacteria. The drug was synthesised in 1957, but cultivation of mould remains the primary means of production. It was discovered that adding penicillin to animal feed increased weight gain, improved feed conversion efficiency, promoted more uniform growth and facilitated disease control. Agriculture became a major user of penicillin. Shortly after their discovery of penicillin, the Oxford team reported penicillin resistance in many bacteria. Research that aims to circumvent and understand the mechanisms of antibiotic resistance continues today.
Первые свидетельства
Многие древние культуры, в том числе в Австралии, Китае, Египте, Греции и Индии, независимо друг от друга обнаружили полезные свойства грибов и растений при лечении инфекций. Эти методы лечения часто работали, потому что многие организмы, в том числе многие виды плесени, естественным образом производят антибиотики. Однако древние практики не могли точно идентифицировать или изолировать активные компоненты в этих организмах. В Англии в 1640 году идея использования плесени в качестве формы медицинского лечения была зафиксирована аптекарями, такими как ботаник Джон Паркинсон, который задокументировал использование плесени для лечения инфекций в своей книге по фармакологии. В Польше XVII века влажный хлеб смешивали с паутиной (которая часто содержала грибковые споры) для лечения ран. Эта техника была упомянута Генриком Сиенкевичем в его романе 1884 года «Огнем и мечом». В 1871 году сэр Джон Скотт Бердон Сандерсон сообщил, что культуральная среда, покрытая плесенью, не способствует росту бактерий. В ноябре 1871 года английский хирург Джозеф Листер, отец современной антисептики, заметил, что образцы мочи, зараженные плесенью, также не позволяли бактериям расти. Он также описал антибактериальное действие *Penicillium glaucum* на человеческую ткань, но не опубликовал свои результаты. В 1875 году Джон Тиндалл продемонстрировал Королевскому обществу антибактериальное действие гриба *Penicillium*. В 1876 году немецкий биолог Роберт Кох обнаружил, что бактерия (*Bacillus anthracis*) является возбудителем сибирской язвы, что стало первым доказательством того, что конкретная бактерия вызывает конкретное заболевание и первым прямым подтверждением теории зародышей болезней. В 1877 году французские биологи Луи Пастер и Жюль Франсуа Жубер наблюдали, что культуры сибирской язвы, зараженные другими бактериями, можно успешно подавлять. В своем докладе в *Comptes Rendus de l'Académie des Sciences* они заключили: «Нейтральная или слабощелочная моча является отличной средой для бактерий. Если моча стерильна и культура чиста, бактерии размножаются настолько быстро, что в течение нескольких часов их нити заполняют жидкость пушистым налетом. Но если при заражении мочи этими бактериями одновременно посеять аэробный организм, например, одну из «обычных бактерий», бактерия сибирской язвы мало или совсем не растет и рано или поздно полностью исчезает. Примечательно, что то же самое явление наблюдается в организме даже тех животных, которые наиболее восприимчивы к сибирской язве, что приводит к удивительному результату: бактерии сибирской язвы можно ввести в организм животного в большом количестве, при этом болезнь не развивается; необходимо лишь одновременно добавить некоторые «обычные» бактерии в жидкость, содержащую суспензию бактерий сибирской язвы. Эти факты, возможно, оправдывают самые смелые надежды в отношении терапии». Пастер и Кох описали это явление как антибактериальную активность, а французский биолог Жан-Поль Вюйлемин в 1877 году назвал его антибиозом. (Термин «антибиоз», означающий «против жизни», был принят в качестве «антибиотика» американским биологом и будущим нобелевским лауреатом Селманом Ваксманом в 1947 году.) Однако в книге 1926 года «Охотники за микробами» Пола де Круифа отмечается, что Пастер считал, что это было загрязнение другими бактериями, а не плесенью. В 1887 году швейцарский врач Карл Гарре разработал метод тестирования с использованием стеклянной пластины для наблюдения за подавлением роста бактерий и получил аналогичные результаты. В 1895 году Винченцо Тиберио, итальянский врач из Неаполитанского университета, опубликовал исследование плесени, первоначально найденной в колодце с водой в Арцано; из своих наблюдений он пришел к выводу, что эта плесень содержит растворимые вещества, обладающие антибактериальным действием. Два года спустя Эрнест Дюшен в École du Service de Santé Militaire в Лионе независимо обнаружил целебные свойства плесени *P. glaucum*, даже вылечив инфицированных морских свинок от тифа. Он опубликовал свои результаты в диссертации в 1897 году. Дюшен использовал открытие, сделанное ранее арабскими конюхами, которые использовали плесень для лечения язв лошадей. Он не утверждал, что плесень содержит какие-либо антибактериальные вещества, а лишь то, что плесень каким-то образом защищает животных. Пенициллин не лечит тиф, поэтому остается неизвестным, какое вещество могло быть ответственным. Ученый Института Пастера, костариканский ученый Клодомиро Пикадо Твайт, также зафиксировал антибиотический эффект *Penicillium* в 1923 году. На этих ранних этапах исследований пенициллина большинство видов *Penicillium* неспецифически назывались *P. glaucum*, поэтому невозможно узнать точный вид и действительно ли пенициллин предотвращал рост бактерий.
Открытие
Работая в больнице Святой Марии в Лондоне в 1928 году, шотландский врач Александр Флеминг исследовал вариации роста в культурах S. aureus. В августе он провел летние каникулы со своей семьей в своем загородном доме The Dhoon в Бартон-Миллз, Саффолк. Перед отъездом из лаборатории он инокулировал несколько чашек Петри с S. aureus. Он оставил чашки в углу стола, вдали от прямых солнечных лучей, чтобы освободить место для своего студента Стюарта Крэддока, который работал в его отсутствие. Он вернулся в лабораторию 3 сентября. Когда он и Дэниел Мерлин Прайс, его бывший научный сотрудник, осмотрели чашки Петри, они обнаружили одну с открытой крышкой, а культура была загрязнена сине-зеленой плесенью. В загрязненной чашке бактерии вокруг плесени не росли, в то время как те, что находились дальше, росли нормально, что означало, что плесень убила бактерии. Флеминг сфотографировал культуру и взял образец плесени для идентификации, прежде чем консервировать культуру формальдегидом. Флеминг продолжил свой отпуск и вернулся в сентябре. Он собрал оригинальную плесень и вырастил ее в чашках Петри. Через четыре дня он обнаружил, что на чашках образовались крупные колонии плесени. Он повторил эксперимент, и результат был тем же: бактерии погибали. Он пришел к выводу, что плесень выделяет вещество, подавляющее рост бактерий. Проведя испытания на различные бактерии, он обнаружил, что плесень может убивать только определенные грамположительные бактерии. Стафилококки, стрептококки и дифтерийная палочка (Corynebacterium diphtheriae) легко погибали, но на бактерию тифа (Salmonella typhimurium) и бактерию, считавшуюся причиной гриппа (Haemophilus influenzae), это не оказывало никакого влияния. Он разработал метод культивирования, из которого можно было получить сок плесени, который он назвал "пенициллином" 7 марта 1929 года, "чтобы избежать повторения довольно громоздкой фразы 'фильтрат бульона плесени'". В 1931 году Том повторно исследовал различные виды Penicillium, включая образец Флеминга, и пришел к выводу, что образец Флеминга был P. notatum, относящимся к серии P. chrysogenum. С тех пор плесень Флеминга стали называть синонимично как P. notatum, так и P. chrysogenum. Чтобы разрешить путаницу, на семнадцатом Международном ботаническом конгрессе, проходившем в Вене, Австрия, в 2005 году, официально было принято название P. chrysogenum. Исследование полной последовательности генома и филогенетический анализ в 2011 году показали, что плесень Флеминга относится к P. rubens, виду, описанному бельгийским микробиологом Филибертом Биуржем в 1923 году. Источник грибкового загрязнения в эксперименте Флеминга оставался предметом спекуляций на протяжении нескольких десятилетий. В 1945 году Флеминг предположил, что споры плесени попали через окно, выходящее на улицу Прайд-стрит, но его коллеги опровергли это предположение, свидетельствовав позже, что окно лаборатории Флеминга было закрыто, и Флеминг не мог до него дотянуться, чтобы открыть. Сформировалось мнение, что плесень попала из лаборатории Ла Туш, расположенной этажом ниже лаборатории Флеминга, и что споры проникли через открытые двери. Для проявления эффекта на культуры стафилококков, который наблюдал Флеминг, плесень должна была начать расти раньше, чем бактерии, поскольку пенициллин эффективен только против размножающихся бактерий. К счастью, температура в лаборатории в августе была оптимальной сначала для роста плесени – ниже 20°C, а позже в месяце – для бактерий, когда она достигла 25°C. Если бы Флеминг не оставил культуры на лабораторном столе и не поместил их в инкубатор, этого явления бы не произошло. Флеминг был бактериологом, а не химиком, поэтому он поручил большую часть химической работы Крэддоку.
Изоляция
В 1939 году в Школе патологии сэра Уильяма Данна при Оксфордском университете Эрнст Борис Чейн обнаружил в значительной степени забытую статью Флеминга 1929 года и предложил руководителю школы, австралийскому ученому Говарду Флори, что изучение антибактериальных веществ, производимых микроорганизмами, может быть перспективным направлением исследований. Говард Флори возглавил междисциплинарную исследовательскую группу, в которую вошли Эдвард Абрахам, Мэри Этель Флори, Артур Дункан Гарднер, Норман Хитли, Маргарет Дженнингс, Джин Орр Юинг и Гордон Сандерс. Каждый член команды решал определенный аспект проблемы по-своему, проводя параллельные исследования по разным направлениям, чтобы получить полную картину. Подобное сотрудничество было практически неизвестно в Великобритании в то время. Для изучения первоначально были выбраны три источника: Bacillus subtilis, Trueperella pyogenes и пенициллин. "Мы не предполагали, что пенициллин может иметь практическое применение в клинической медицине", – позже вспоминал Чейн. Область исследования была намеренно выбрана как требующая долгосрочного финансирования. Говард Флори обратился в MRC в сентябре 1939 года, и секретарь совета, Эдвард Меланби, одобрил проект, выделив 250 фунтов стерлингов (250,0 в 1939 году эквивалентно примерно <расчетной сумме> в настоящее время) на запуск проекта, 300 фунтов стерлингов на заработную плату (300,0 в 1939 году эквивалентно примерно <расчетной сумме> в настоящее время) и 100 фунтов стерлингов на расходы (100,0 в 1939 году эквивалентно примерно <расчетной сумме> в настоящее время) в год в течение трех лет. Флори полагал, что потребуется больше средств. 1 ноября 1939 года Флори посетил Генри М. "Дасти" Миллер-младший из отдела естественных наук Фонда Рокфеллера. Миллер призвал Флори подать заявку на финансирование от фонда и поддержал его заявку. "Предлагаемая работа, – писал Флори в заявлении, – помимо теоретической значимости, может иметь практическую ценность для терапевтических целей". Заявление было одобрено, и фонд выделил 5000 долларов США (1250 фунтов стерлингов) в год в течение пяти лет. Первой задачей оксфордской команды было получить образец пенициллиновой плесени. Это оказалось несложно. Жорж Дрейер, предшественник Флори, получил образец плесени в 1930 году для своей работы над бактериофагами, вирусами, заражающими бактерии. Дрейер потерял интерес к пенициллину, когда обнаружил, что это не бактериофаг, но продолжал его культивировать. Дрейер умер в 1934 году, но Кэмпбелл Рентон продолжал культивировать плесень и смог предоставить ее оксфордской команде. Следующей задачей было вырастить достаточно плесени для извлечения достаточного количества пенициллина для лабораторных экспериментов. Плесень культивировалась на поверхности жидкой среды Чапека-Докса. В течение нескольких дней она образовывала желтую желатинозную пленку, покрытую зелеными спорами. Под ней жидкость становилась желтой и содержала пенициллин. Команда установила, что максимальный выход достигается через десять-двадцать дней. Для роста плесени необходим воздух, поэтому для культивирования требовался контейнер с большой площадью поверхности. Первоначально использовались стеклянные бутылки, лежащие на боку. Большинство лабораторных контейнеров не обеспечивали большой плоской площади и были неэкономичны с точки зрения использования пространства инкубатора. Оказалось, что подносы практичны и послужили основой для специально изготовленных керамических контейнеров, изготовленных компанией J. Macintyre and Company в Бёрслеме. Эти контейнеры имели прямоугольную форму и могли быть сложены для экономии места. MRC согласился на просьбу Флори о выделении 300 фунтов стерлингов (300,0 в 1940 году эквивалентно примерно <расчетной сумме> в настоящее время) и 2 фунта стерлингов в неделю (2,0 в 1940 году эквивалентно примерно <расчетной сумме> в настоящее время) для двух (позже) работниц фабрики. В 1943 году Флори попросил повысить их заработную плату до 2 фунта 10 шиллингов в неделю (2,5 в 1943 году эквивалентно примерно <расчетной сумме> в настоящее время). Хитли собрал первые 174 из заказа на 500 сосудов 22 декабря 1940 года, и через три дня они были засеяны спорами. Предпринимались усилия, чтобы заставить плесень производить больше пенициллина. Хитли пытался добавлять в среду различные вещества, включая сахара, соли, солод, алкоголь и даже мармит, но без успеха. По предложению Пола Фильдеса он попробовал добавить пивные дрожжи. Это также не улучшило выход, но сократило время инкубации на треть. Команда также обнаружила, что если пенициллиносодержащую жидкость удалять и заменять свежей, можно получить вторую партию пенициллина, но эта практика была прекращена через восемнадцать месяцев из-за опасности загрязнения. Плесень необходимо было выращивать в стерильных условиях. Абрахам и Чейн обнаружили, что некоторые бактерии, находящиеся в воздухе, производят пенициллиназу, фермент, разрушающий пенициллин. Не было известно, почему плесень производит пенициллин, поскольку бактерии, которые убивает пенициллин, не представляют угрозы для плесени; предполагалось, что это побочный продукт метаболических процессов для других целей. Следующим этапом процесса было извлечение пенициллина. Жидкость фильтровалась через парашютный шелк для удаления мицелия, спор и другого твердого мусора. pH снижался добавлением фосфорной кислоты, и полученная жидкость охлаждалась. Чейн установил, что пенициллин стабилен только при pH от 5 до 8, но процесс требовал более низкого значения. Поддерживая смесь при 0 °C, он мог замедлить процесс разложения. В такой форме пенициллин можно было извлечь с помощью растворителя. Первоначально использовался эфир, поскольку он был единственным известным растворителем пенициллина, но он легко воспламеняется и токсичен. По предложению Чейна они попробовали использовать гораздо менее воспламеняющийся амиловый ацетат, и обнаружили, что он также работает. Хитли разработал процесс непрерывной экстракции. Пенициллиносодержащий растворитель легко отделялся от жидкости, поскольку он плавал сверху, но теперь они столкнулись с проблемой, которая поставила в тупик Крэддока и Ридли: извлечение пенициллина из растворителя. Хитли предположил, что если пенициллин может переходить из воды в растворитель в кислой среде, то, возможно, он вернется обратно, если раствор станет щелочным. Флори велел ему попробовать. Была добавлена гидроксид натрия, и этот метод, который Хитли назвал "обратной экстракцией", оказался эффективным. Следующей проблемой было извлечение пенициллина из воды. Обычно что-то извлекают из воды путем испарения или кипячения, но это разрушило бы пенициллин. Чейн предложил лиофилизацию, технику, недавно разработанную в Швеции. Это позволило удалить воду, в результате чего получился сухой коричневый порошок. Хитли разработал анализ пенициллина с использованием агарных питательных сред, в которые были посеяны бактерии. Затем в них помещались короткие стеклянные цилиндры, содержащие пенициллиносодержащую жидкость, подлежащую тестированию, и инкубировались в течение 12–16 часов при 37 °C. К этому времени жидкость исчезла, и цилиндр окружен зоной, свободной от бактерий. Диаметр кольца указывал на силу пенициллина.
Испытания
Команда Говарда Флори в Оксфорде показала, что экстракт пенициллина убивает различные бактерии. Гарднер и Орр Юинг протестировали его против гонококков (против которых он был наиболее эффективен), менингококков, стрептококков, стафилококков, бактерий сибирской язвы, актиномицетов, бактерий столбняка (Clostridium tetani) и бактерий гангрены. Они наблюдали, как бактерии пытаются расти в присутствии пенициллина, и отметили, что пенициллин не является ни ферментом, разрушающим бактерии, ни антисептиком, убивающим их; скорее, это химическое вещество, вмешивающееся в процесс деления клеток. Дженнингс заметила, что он не оказывает влияния на белые кровяные клетки и, следовательно, усиливает, а не препятствует естественной защите организма от бактерий. Она также обнаружила, что, в отличие от сульфаниламидов – первого и единственного эффективного антибиотика широкого спектра действия, доступного в то время, – он не разрушается гноем. Медавар обнаружил, что он не влияет на рост клеток тканей. К марту 1940 года команда Оксфорда получила достаточно нечистого пенициллина, чтобы начать тестирование его токсичности. В течение следующих двух месяцев Флори и Дженнингс провели серию экспериментов на крысах, мышах, кроликах и кошках, которым вводили пенициллин различными способами. Результаты показали, что пенициллин разрушается в желудке, но все виды инъекций эффективны, что подтверждалось анализом крови. Было установлено, что пенициллин в значительной степени и быстро выводится с мочой в неизмененном виде. Они не обнаружили признаков токсичности ни у одного из животных. Если бы они протестировали его на морских свинках, исследования могли бы быть остановлены на этом этапе, поскольку пенициллин токсичен для морских свинок. В 11:00 утра в субботу 25 мая 1940 года Флори ввел восьми мышам вирулентный штамм стрептококка, а затем четырем из них – раствор пенициллина. Эти четверо были разделены на две группы: две получили 10 миллиграммов однократно, а две другие – 5 миллиграммов через регулярные промежутки времени. К 3:30 утра в воскресенье все четыре нелеченые мыши были мертвы. Все обработанные мыши оставались живы, хотя одна умерла через два дня. Публикация не привлекла особого внимания; Флори провел большую часть следующих двух лет, пытаясь убедить людей в значимости полученных результатов. Одним из читателей был Флеминг, который посетил их 2 сентября 1940 года. Флори и Чейн провели ему экскурсию по производственным, экстракционным и испытательным лабораториям, но он не сделал никаких комментариев и не поздравил их с проделанной работой. Некоторые члены Оксфордской команды подозревали, что он пытается присвоить себе часть заслуг. Неизвестно команде Оксфорда, что их статью в Lancet прочитали Мартин Генри Доусон, Глэдис Хобби и Карл Мейер из Колумбийского университета, и они были вдохновлены повторить результаты Оксфордской команды. Они получили культуру плесени пеницилла от Роджера Рида из больницы Джона Хопкинса, выращенную из образца, полученного от Флеминга в 1935 году. Они начали выращивать плесень 23 сентября, а 30 сентября протестировали ее на вириданс-стрептококках и подтвердили результаты Оксфордской команды. Майер воспроизвел процессы Чейна и получил небольшое количество пенициллина. 15 октября 1940 года дозы пенициллина были введены двум пациентам в Пресвитерианской больнице в Нью-Йорке – Аарону Алстону и Чарльзу Аронсону. Они стали первыми людьми, получившими лечение пенициллином в Соединенных Штатах. Затем он лечил двух пациентов с эндокардитом. Команда из Колумбии представила результаты лечения пенициллином четырех пациентов на ежегодном собрании Американского общества клинических исследований в Атлантик-Сити, штат Нью-Джерси, 5 мая 1941 года. Их статья была освещена Уильямом Л. Лоуренсом в The New York Times и вызвала большой общественный интерес. В Оксфорде Чарльз Флетчер вызвался найти пациентов для клинических испытаний. Эльва Экерс, женщина из Оксфорда, умирающая от неизлечимого рака, согласилась стать подопытным для оценки токсичности пенициллина. 17 января 1941 года он ввел ей внутривенно 100 мг пенициллина. Ее температура ненадолго повысилась, но в остальном у нее не было никаких побочных эффектов. Флори полагал, что лихорадка была вызвана пирогенами в пенициллине; они были удалены с помощью улучшенной хроматографии. Затем Флетчер идентифицировал полицейского из Оксфорда, Альберта Александра, у которого была тяжелая инфекция лица, вызванная стрептококками и стафилококками, развившаяся из небольшого нарыва в уголке рта. Все его лицо, глаза и волосистая часть головы были настолько опухшими, что ему удалили глаз, чтобы облегчить боль. Впоследствии несколько пациентов были успешно пролечены. Вторым был Артур Джонс, 15-летний мальчик с инфекцией стрептококком после операции на бедре. Ему давали 100 мг каждые три часа в течение пяти дней, и он выздоровел. Перси Хокин, 42-летний рабочий, имел карбункул на спине. Ему ввели начальную дозу 200 мг 3 мая, а затем 100 мг каждый час. Карбункул полностью исчез. Джон Кокс, 4-летний мальчик в полубессознательном состоянии, начал лечение 16 мая. Он умер 31 мая, но вскрытие показало, что это было связано с разрывом артерии в мозге, ослабленной болезнью, и признаков инфекции не было. Пятый случай, 16 июня, был 14-летним мальчиком с инфекцией после операции на бедре, который полностью выздоровел. Помимо увеличения производства в Школе Данна, коммерческое производство с пилотного завода, созданного Imperial Chemical Industries, стало доступно в январе 1942 года, а Kembel, Bishop and Company поставила свою первую партию 11 сентября. Флори решил, что пришло время провести вторую серию клинических испытаний. Этель Флори была назначена ответственной, но, к его огорчению, в то время как Говард Флори был консультантом-патологом в больницах Оксфорда и, следовательно, имел право использовать их отделения и услуги, Этель была аккредитована лишь как его помощница. Врачи, как правило, направляли на испытания пациентов, находящихся в отчаянном положении, а не наиболее подходящих, но когда пенициллин оказывался эффективным, уверенность в его эффективности росла. Этель и Говард Флори опубликовали результаты клинических испытаний пенициллина в The Lancet 27 марта 1943 года, сообщив о лечении 187 случаев сепсиса пенициллином. Именно на основании этих медицинских данных британский военный кабинет создал Комитет по пенициллину 5 апреля 1943 года. В комитет вошли Сесил Уэйр, генеральный директор по оборудованию, в качестве председателя; Александр Флеминг; Говард Флори; В. Д. Эллисон, еще один бывший научный сотрудник Флеминга; сэр Персиваль Хартли, глава MRC; и представители фармацевтических компаний. Это привело к массовому производству пенициллина в следующем году.
Глубокое погружение для промышленного производства
Зная, что крупномасштабное производство для медицинских целей было невозможным в лабораторных условиях, оксфордская команда попыталась убедить британское правительство, измученное войной, и частные компании в необходимости массового производства, но первоначальный отклик был сдержанным. Доктор Блоунт, директор исследований в лабораториях Glaxo, написал Флори в Оксфорд в сентябре 1940 года, но не получил ответа. Оказалось, что Флори уже обращался за помощью к двум британским фармацевтическим компаниям, но получил отказ и разочаровался в британской фармацевтической индустрии. В апреле 1941 года Уоррен Уивер встретился с Флори, и они обсудили сложность производства достаточного количества пенициллина для проведения клинических испытаний. Уивер договорился с фондом Рокфеллера о финансировании трехмесячного визита Флори и его коллеги в Соединенные Штаты для изучения возможности организации производства пенициллина там. Флори и Хитли вылетели в Соединенные Штаты 27 июня 1941 года. Зная, что образцы плесени, хранящиеся во флаконах, могут быть легко утеряны, они размазали плесень по карманам своих пальто. Флори встретился с нейрофизиологом Джоном Фултоном, который представил его Россу Харрисону, председателю Национального исследовательского совета (NRC). Харрисон направил Флори к Тому, главному микологу Бюро растениеводства Министерства сельского хозяйства США (USDA) в Белтсвилле, штат Мэриленд, и человеку, который идентифицировал плесень, о которой сообщал Флеминг. 9 июля Том взял Флори и Хитли в Вашингтон, чтобы встретиться с Перси Уэллсом, временно исполняющим обязанности помощника начальника Бюро сельскохозяйственной и промышленной химии USDA и, следовательно, руководителем четырех лабораторий USDA. Уэллс отправил вводную телеграмму Орвиллу Мэй, директору Северной региональной исследовательской лаборатории (NRRL) USDA в Пеории, штат Иллинойс. Они встретились с Мэй 14 июля, и он организовал им встречу с Робертом Д. Когиллом, начальником отдела ферментации NRRL, который поднял вопрос о том, что ферментация в больших сосудах может быть ключом к крупномасштабному производству. 17 августа Флори встретился с Альфредом Ньютоном Ричардсом, председателем Комитета по медицинским исследованиям (CMR) Управления научных исследований и разработок (OSRD), который пообещал свою поддержку. 8 октября Ричардс провел встречу с представителями четырех крупных фармацевтических компаний: Squibb, Merck, Pfizer и Lederle. Присутствовал Ванневар Буш, директор OSRD, а также Том, представлявший NRRL. Ричардс сообщил им, что антимонопольные законы будут приостановлены, что позволит им обмениваться информацией о пенициллине. Это было легализовано только 7 декабря 1943 года и касалось только пенициллина и никаких других лекарств. OSRD договорился с War Production Board (WPB) о предоставлении им приоритета в оборудовании для лабораторий и пилотных установок. Когилл предоставил Эндрю Джей Мойеру возможность работать над пенициллином вместе с Хитли, а Флори отправился выяснить, сможет ли он договориться с фармацевтической компанией о производстве пенициллина. В качестве первого шага к увеличению выхода Мойер заменил сахарозу в питательной среде на лактозу. Еще большее увеличение произошло, когда Мойер добавил кукурузный экстракт, побочный продукт кукурузной промышленности, который NRRL регулярно испытывал в надежде найти ему больше применений. Эффект на пенициллин был поразительным: Хитли и Мойер обнаружили, что он увеличил выход в десять раз. До мая 1943 года почти весь пенициллин производился методом мелководных подносов, впервые разработанным оксфордской командой, но миколог NRRL Кеннет Брайан Рапер экспериментировал с глубоким погружением, при котором пенициллиновая плесень выращивалась в резервуаре вместо неглубокой посуды. Первоначальные результаты были разочаровывающими: пенициллин, выращенный таким образом, давал всего три-четыре оксфордских единицы на кубический сантиметр по сравнению с двадцатью для поверхностных культур. Он получил помощь от Командования воздушного транспорта армии США в поисках похожих плесеней в разных частях мира. Лучшие плесени были найдены в Чунцине, Бомбее и Кейптауне. Однако лучший образец был получен из дыни канталупа, проданной на фруктовом рынке в Пеории в 1943 году. Плесень была идентифицирована как Penicillium chrysogenum и обозначена как NRRL 1951 или штамм канталупа. Существует популярная история о том, что Мэри К. Хант (или Мэри Хант Стивенс), сотрудница Рапера, собрала плесень, за что ее прозвали «Плесенью Мэри». Вице-президент Pfizer Джон Л. Смит, чья дочь умерла от инфекции, направил все ресурсы Pfizer на разработку практичной технологии глубокого погружения. Компания инвестировала 2,98 миллиона долларов в пенициллин в 1943 и 1944 годах. (эквивалент 2,98 миллиона долларов в 1944 году эквивалентен примерно <рассчитанная сумма> миллионам долларов в последние годы). Ученые Pfizer Джаспер Х. Кейн, Г. М. Шулл, Э. М. Вебер, А. К. Фи́нлей и Э. Дж. Ратаяк работали над процессом ферментации, в то время как Р. Пастернак, У. Дж. Смит, В. Богерт и П. Регна разрабатывали методы экстракции. Теперь, когда у них была плесень, которая хорошо росла в погруженной среде и давала приемлемое количество пенициллина, следующей задачей было обеспечить плесень необходимым воздухом для роста. Это было решено с помощью аэратора, но аэрация вызывала сильное вспенивание кукурузного экстракта. Проблема вспенивания была решена путем введения пеногасителя, глицерилмонорицинолеата. Технология также включала охлаждение и перемешивание. Pfizer открыла пилотный завод с ферментером в августе 1943 года, и Ратаяк получил с него первую пенициллиновую жидкость 27 августа. Один резервуар вскоре производил половину всего объема продукции компании. Смит затем решил построить полномасштабный производственный завод. Ближайший завод Rubel Ice был приобретен 20 сентября 1943 года и переоборудован в первый завод по производству методом глубокого погружения с четырнадцатью резервуарами. Работа была выполнена за пять месяцев под руководством Джона Э. МакКина и Эдварда Дж. Гётта, и завод был открыт 1 марта 1944 года.
Австралия
В середине 1943 года австралийский военный кабинет принял решение начать производство пенициллина в Австралии. Полковник Э. В. (Билл) Кёг, директор по гигиене и патологии австралийской армии, был назначен руководителем этого проекта. Кёг вызвал капитана Персивала Бэйзли, с которым он работал в лабораториях сыворотки Содружества (CSL) до войны, и лейтенанта Х. Х. Кречмара, химика, и поручил им создать производственную площадку к Рождеству. Они отправились в США, где посетили NRRL и получили культуры пенициллина от Когилла. Они также осмотрели завод Pfizer в Бруклине и завод Merck в Рауэй, штат Нью-Джерси. Производственный цех был развернут на территории CSL в Парквиле, штат Виктория, и первая партия австралийского пенициллина начала поступать войскам в Новой Гвинее в декабре 1943 года. К 1944 году CSL производила 400 миллионов Оксфордских единиц в неделю, и объемов производства пенициллина было достаточно для выделения части продукции для гражданского использования. Во время войны в Австралии пенициллин производился в бутылях и колбах, но Бэйзли совершил вторую поездку на предприятия в Соединенных Штатах с сентября 1944 года по март 1945 года и был впечатлен прогрессом в технологии глубокого культивирования. В 1946 и 1947 годах он создал пилотную установку глубокого культивирования на CSL, используя небольшие резервуары для получения опыта работы с этой технологией. В 1948 году были введены в эксплуатацию два резервуара, за которыми последовало еще восемь. В 1950-х и 1960-х годах CSL также производила полусинтетический пенициллин. Пенициллин также производился компаниями F. H. Faulding в Южной Австралии, Abbott Laboratories в Новом Южном Уэльсе и Glaxo в Виктории. К 1970-м годам в мире наблюдался избыток пенициллина, в связи с чем Glaxo прекратила производство в 1975 году, а CSL – в 1980 году.
Канада
Во время своего визита в Северную Америку в августе 1941 года Говард Флори обратился в лаборатории Коннота при Торонтском университете, где встретился с директором Р. Д. Дефрисом и Рональдом Харом. Флори получил отказ; Дефрис утверждал, что в лабораториях недостаточно места, и выразил убеждение, что строительство мощностей для культивирования пенициллина будет бесполезной тратой средств, поскольку вскоре появится возможность его синтеза. Результаты клинических испытаний изменили его мнение, и в августе 1943 года правительство Канады попросило лаборатории Коннота начать массовое производство пенициллина. Здание Spadina было приобретено Торонтским университетом для этой цели и отремонтировано за 1,2 миллиона канадских долларов (эквивалент 1,2 миллиона канадских долларов в 1943 году соответствует примерно <расчетной сумме> миллионов в последние годы), средства на что были разделены поровну между университетом и правительством. Первоначально пенициллин культивировался в 200 000 бутылок, занимавших кондиционируемое лабораторное пространство. В ноябре 1945 года производство было переведено на метод глубокого погружения.
Континентальная Европа
Перевод отчета оксфордской команды 1941 года достиг Германии через Швецию в следующем году. Как и большинство исследований в военное время в Германии, исследования пенициллина проводились разрозненно и без должной координации. 6 декабря 1943 года Рейхсминистерство здравоохранения поручило медицинскому сообществу провести исследования пенициллина и других антибиотиков. Информация об исследованиях пенициллина в Германии была собрана миссией «Альсос» Манхэттенского проекта и передана Флори в Великобритании. Значительная часть пенициллина в Германии поступала из Чехословакии, где исследования проводились в Карловом университете в Праге и фармацевтической компании Fragner командой, в которую входил химик Карел Виснер. Работа также велась втайне во Франции и в Делфтском технологическом университете в Нидерландах. В 1946 и 1947 годах заводы по производству пенициллина были созданы в Белоруссии, Украине, Польше, Италии и Югославии с использованием оборудования и опыта, предоставленных Канадой через Управление ООН по оказанию помощи и реабилитации (UNRRA), которое возглавлял канадец Лестер Б. Пирсон. UNRRA прекратило свою деятельность в 1948 году, а ответственность за производство пенициллина была передана Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). В Италии Доменико Маротта вел переговоры с UNRRA о строительстве завода по производству пенициллина в Риме, недалеко от университета Ла Сапиенца. Это заняло больше времени, чем ожидалось, и строительство началось только в 1948 году. Тем временем Чейн прибыл в Istituto Superiore di Sanità для проведения серии лекций о пенициллине, и Маротта воспользовался возможностью, чтобы пригласить его в качестве коллеги. Чейн предложил вместо строительства пилотного завода использовать средства UNRRA для строительства института исследований пенициллина. Он стал крупнейшим в мире институтом такого рода, в котором работало более ста химиков, биохимиков, микробиологов и техников, и вскоре вышел на передовые позиции в исследованиях полусинтетического пенициллина.
Япония
В августе 1943 года Де в Фармакологическом институте в Берлине опубликовал обзор литературы об антибиотиках в выпуске журнала Klinische Wochenschrift от 7 августа, который включал публикации оксфордской группы. Копию получила японская посольская резидентура в Берлине и доставила в Японию на японской подводной лодке I 8, прибывшей в Куре, Хиросима, 21 декабря 1943 года. Статья была переведена на японский язык, и производство пенициллина началось к 1 февраля 1944 года. К середине мая исследовательская группа под руководством Хамао Умезава протестировала 750 различных штаммов плесени и обнаружила, что 75 из них проявляли антибиотическую активность. Для определения эффективности и токсичности проводились эксперименты на мышах. К концу года компания Morinaga Milk запустила небольшой завод по производству пенициллина в Мисиме, префектура Сидзуока, а в январе 1945 года компания 万有製薬 открыла небольшой завод в Оказаки, префектура Айти. Пенициллин был назван "Hekiso" из-за его голубого цвета. К 1948 году Япония стала третьей страной после США и Великобритании, достигшей самообеспечения пенициллином, а экспорт в Китай и Корею начался в следующем году.
Великобритания
В начале 1941 года в Великобритании фирму Kemball, Bishop & Co. попросили оценить возможность производства сырого пенициллинового сусла. Как и Pfizer, с которой она поддерживала коммерческие отношения, это была небольшая фирма, но обладающая опытом в методах ферментации как производитель лимонной кислоты. В то время ей это не удалось, но 23 февраля 1942 года Флори получил предложение от Kemball, Bishop & Co. о более скромных объемах производства – по одному суслу каждые десять дней. Работы на заводе в Бромли-бай-Боу начались 5 марта 1942 года, а первые подносы с плесенью были засеяны 25 марта. Военные условия, включая немецкие бомбардировки, затрудняли прогресс. Молочные бидоны, необходимые для транспортировки, были в дефиците, и были заключены специальные соглашения с Министерством снабжения. Первоначально сусло отправлялось по железной дороге, чтобы минимизировать использование нормированного бензина. Первая партия сусла, содержащая 6,1 миллиона единиц при концентрации 9 единиц на мл, была доставлена Флори 28 октября 1942 года. Kemball, Bishop & Co. построила экстракционный цех, который был введен в эксплуатацию 24 ноября 1943 года. Тем временем Imperial Chemical Industries (ICI) создала небольшое производственное подразделение на своем заводе в Блэкли и начала поставки в декабре 1941 года. В мае 1942 года производство было перенесено на специально построенный завод в Траффорд-парке, который первоначально производил два миллиона оксфордских единиц пенициллина в неделю. Производство было увеличено до шестидесяти миллионов единиц в неделю к моменту закрытия завода в марте 1944 года; после этого производство было перенесено на новый завод, который производил 300 миллионов единиц в неделю. В 1947 году ICI приняла решение построить новый завод для производства пенициллина в сутки методом глубокого погружения. В декабре 1942 года Glaxo Laboratories открыла небольшой завод в Гринфорде, который производил 70 литров пенициллинового бульона в неделю. В феврале 1943 года компания открыла второй завод в Айлсбери. Первоначально он использовал методы, разработанные в Оксфорде, но в сентябре 1943 года перешла на использование кукурузного экстракта в качестве среды и начала использовать штамм плесени NRRL 1249. B21, предоставленный Когхиллом. В 1943 году Glaxo произвела 2570 миллионов из 3500 миллионов оксфордских единиц пенициллина, произведенных в Великобритании. Glaxo открыла третий завод в Уотфорде в феврале 1944 года и четвертый в Стратфорде, Лондон, в январе 1945 года. Компания обеспечивала 80% производства Великобритании до июня 1944 года. В 1944 году Министерство снабжения организовало установку первого завода глубокого погружения на предприятии Commercial Solvents Company в Спеке и попросило Glaxo построить аналогичный завод. Этот новый завод Glaxo открылся в Барнард-Касле в январе 1946 года и произвел за следующие девять месяцев больше пенициллина, чем все ее заводы поверхностного брожения произвели за весь 1945 год. Все заводы поверхностного брожения были закрыты в 1946 году. Производство пенициллина в Великобритании увеличилось с 25 миллионов единиц в неделю в марте 1943 года до 30 миллиардов единиц в неделю в 1946 году.
Соединенные Штаты
16 июля 1943 года Военно-промышленная комиссия (ВПК) ввела пенициллин под систему военного распределения. Все запасы предназначались для использования вооруженными силами и Службой общественного здравоохранения. Производство пенициллина в Соединенных Штатах увеличилось с 800 миллионов оксфордских единиц в первой половине 1943 года до 20 миллиардов единиц во второй половине. Правительство США построило шесть производственных предприятий стоимостью 7,6 млн долларов (эквивалент 7,6 млн долларов в 1944 году эквивалентен примерно <расчетной сумме> в последние годы в миллионах долларов). После войны они были проданы компаниям, которые их эксплуатировали, за 3,4 млн долларов (эквивалент 3,4 млн долларов в 1946 году эквивалентен примерно <расчетной сумме> в последние годы в миллионах). Еще 16 заводов были построены частным сектором за 22,6 млн долларов (эквивалент 22,6 млн долларов в 1944 году эквивалентен примерно <расчетной сумме> в последние годы в миллионах), хотя 14,5 млн долларов (эквивалент 14,5 млн долларов в 1944 году эквивалентен примерно <расчетной сумме> в последние годы в миллионах) было одобрено для ускоренной амортизации, позволявшей списать стоимость за пять лет вместо обычных двенадцати-пятнадцати. Производство пенициллина в США выросло с 21,192 миллиарда единиц в 1943 году до 1663 миллиардов единиц в 1944 году и, по оценкам, 6852 миллиарда единиц в 1945 году. К июню 1944 года только компания Pfizer производила 70 миллиардов единиц в месяц. Ежемесячное производство снизилось после июля 1945 года из-за нехватки кукурузного экстракта. Цена, предлагаемая CMR за миллион единиц, упала с 200 долларов в 1943 году (200,0 в 1943 году эквивалентно примерно <расчетной сумме> в последние годы), что было ниже его себестоимости, до 6 долларов в 1945 году (6,0 в 1945 году эквивалентно примерно <расчетной сумме> в последние годы). Председатель комитета NRC по химиотерапии Честер Кифер отвечал за справедливое распределение пенициллина для гражданского использования от имени CMR. По мере распространения новостей об эффективности пенициллина ему пришлось справляться с большим количеством запросов на этот препарат. Первоначально запасы для гражданского использования были небольшими, и пенициллин предоставлялся только в случаях с высокой смертностью, не поддающихся другим видам лечения. В январе 1943 года он доложил в OSRD о результатах лечения первых 100 пациентов; к августу было обработано 500 пациентов. Военные нужды потребляли 85 процентов производства в 1944 году. В 1945 году этот показатель снизился до 30 процентов, но гражданский спрос на пенициллин превысил выделенные объемы. К апрелю 1944 года спрос и предложение превысили возможности одного человека, и задача была передана Консультативному комитету производителей пенициллина, который распределял поставки через сеть больниц-депо. К 1945 году в 2700 больницах-депо хранились запасы пенициллина, а еще 5000 больниц получали поставки через них. К концу года пенициллин стал коммерчески доступным, и к тому времени Соединенные Штаты экспортировали 200 миллиардов единиц в месяц. К 1956 году только двенадцать из двадцати одной фирмы, производивших пенициллин во время войны, все еще занимались его производством.
В поле
В 1943 году Медицинский исследовательский совет решил, что настало время для полевых испытаний пенициллина. Местоположение центров, получавших препарат, держалось в секрете, чтобы не спровоцировать спрос, когда его еще не хватало. Говард Флори был отправлен в Северную Африку, где продолжалась Североафриканская кампания. 29 июня к нему присоединился Хью Кернс, еще один стипендиат Родоса из Аделаиды, который к тому времени имел звание бригадира в британской армии и руководил военным госпиталем для лечения черепно-мозговых травм в Оксфорде, привез с собой запас в 40 миллионов единиц пенициллина. В течение следующих двух месяцев Флори и Кернс изучили более ста случаев и составили отчет объемом свыше ста страниц. Флори читал лекции о пенициллине, а его отчет содержал рекомендации по обучению медицинских работников его применению. Боевые действия в Северной Африке завершились в мае 1943 года, поэтому большинство пациентов, которых видел Флори, страдали не от свежих ран, а от старых, не заживающих; раненые начали поступать вновь после вторжения союзников в Сицилию в июле. Флори полагал, что источник инфекции во многих случаях находился в больнице, а не на поле боя, и выступал за изменение подхода к лечению пациентов с учетом свойств пенициллина. Он утверждал, что раны следует немедленно очищать и герметично закрывать. Это была радикальная идея, поскольку обычно это могло привести к газовой гангрене, но он предложил доверить борьбу с ней пенициллину. Рекомендации Флори были приняты; военное ведомство организовало учебный курс для патологоанатомов и врачей в Королевской больнице Герберта, где использовались киноматериалы, снятые Флори в Северной Африке. Хотя Флори предполагал использовать пенициллин для лечения тяжелораненых, было много случаев венерических заболеваний, против которых пенициллин был особенно эффективен, и с военной точки зрения возможность излечить гонорею за 48 часов стала настоящим прорывом. Ситуация с поставками улучшилась, и к сентябрю 20 миллионов единиц в день были выделены для вторжения союзников в Италию. Во время кампании в Западной Европе в 1944–1945 годах пенициллин широко использовался как для лечения инфицированных ран, так и в качестве профилактического средства для предотвращения их инфицирования. Газовая гангрена уносила жизни 150 из каждых 1000 раненых в Первой мировой войне, но заболеваемость этим недугом практически полностью исчезла. Открытые переломы теперь излечивались более чем в 94 процентах случаев, а выздоровление после ожогов, составляющих одну пятую часть тела или меньше, достигало 100 процентов.
Патенты
Патенты на пенициллин стали предметом беспокойства и конфликтов. Чейн хотел подать заявку на патент, но Флори возразил, утверждая, что пенициллин должен быть доступен всем. Флори обратился за советом к сэру Генри Дейлу, председателю фонда Wellcome Trust и члену Научно-консультативной группы при британском кабинете министров, и к Джону Уильяму Тревану, директору исследовательской лаборатории Wellcome Trust. 26 и 27 марта 1941 года Дейл и Треван встретились в Школе патологии сэра Уильяма Данна Оксфордского университета, чтобы обсудить этот вопрос. Дейл посоветовал, что патентование пенициллина было бы неэтичным. Не убедившись, Чейн обратился к сэру Эдварду Меланби, тогдашнему секретарю Совета медицинских исследований, который также возражал по этическим соображениям. Как позже признался Чейн, у него было «много ожесточенных споров» с Меланби, но решение Меланби было принято как окончательное. В 1945 году Мойер запатентовал методы производства и выделения пенициллина. Он не мог получить патенты в США, будучи сотрудником NRRL, но подал заявки на патенты в Британское патентное ведомство. Он предоставил лицензию американской компании Commercial Solvents Corporation. Когда Флеминг узнал об американских патентах на производство пенициллина, он был возмущен и прокомментировал: «Я открыл пенициллин и предоставил его бесплатно на благо человечества. Почему он должен стать прибыльной монополией производителей в другой стране?» Патентование технологий, связанных с пенициллином, американскими компаниями породило в Великобритании миф о том, что британские ученые выполнили работу, а американцы получили вознаграждение. Когда в 1944 году Фонд Рокфеллера опубликовал свой годовой отчет, газета The Evening News сопоставила щедрую поддержку фонда работы оксфордской группы с ограниченностью средств MRC. В апреле 1945 года британская фирма Glaxo подписала соглашения с Squibb и Merck, в соответствии с которыми она выплачивала 5% роялти от продаж пенициллина в течение пяти лет в обмен на использование их технологий глубокого погружного брожения. Glaxo выплатила почти 500 000 фунтов стерлингов в виде роялти в период с 1946 по 1956 год. Споры вокруг патентов привели к созданию Национальной корпорации исследований и разработок Великобритании (NRDC) в июне 1948 года. Эта организация собирала государственные патенты и взимала с них роялти.
Нобелевская премия
После того, как 27 августа 1942 года в редакционной статье газеты The Times появилась новость о целебных свойствах пенициллина, Флеминг наслаждался вниманием прессы, а Говард Флори – нет: он опасался, что это создаст спрос на пенициллин, которым он еще не мог обеспечить. Когда пресса прибыла в Школу сэра Уильяма Данна, он приказал своему секретарю «отправить их восвояси». Он также запретил членам своей команды общаться с прессой. Путаница возникла из-за того, что и плесенный сок, и препарат, полученный из него, назывались пенициллином. В печати публиковались искаженные и неточные сообщения, приписывавшие Флемингу разработку пенициллина, и Флеминг с больницей Святой Марии практически не предпринимали усилий для исправления этих ошибок. СМИ стремились рассказать привычную историю об одиноком ученом и случайном открытии. Позже британский историк медицины Билл Байнум писал: «Открытие и разработка пенициллина – это наглядный пример современности: контраст между внимательным человеком (Флемингом), сделавшим изолированное наблюдение, и использованием этого наблюдения посредством командной работы и научного разделения труда (Флори и его группой). Открытие было основано на старой науке, но сам препарат требовал новых подходов к научным исследованиям. В 1943 году Нобелевский комитет получил единственную номинацию на Нобелевскую премию по физиологии или медицине за Флеминга и Флори от британского биохимика Рудольфа Петерса. Секретарь Нобелевского комитета, Геран Лильджестранд, в том же году оценил работы Флеминга и Флори, но в то время в Швеции было мало информации о пенициллине, и он пришел к выводу, что требуется больше данных. В следующем году поступила одна номинация только на Флеминга и одна – на Флеминга, Флори и Чейна. Лильджестранд и Нанна Свартц, профессор медицины Каролинского института, рассмотрели их работы, и хотя оба сочли Флеминга и Флори одинаково достойными Нобелевской премии, Нобелевский комитет разделился и решил в этом году присудить премию Джозефу Эрлангеру и Герберту С. Гассеру «за их открытия, касающиеся высокодифференцированных функций отдельных нервных волокон». В 1945 году поступило множество номинаций на Флори и Флеминга или на обоих, а также одна номинация на Чейна от Лильджестранда, который выдвинул всех троих. Лильджестранд отметил, что в тринадцати из первых шестнадцати номинаций упоминался Флеминг, но лишь в трех – только он один. В этот раз оценки дали Лильджестранд, Свен Хеллерстрём (läkare) и sv, которые поддержали всех троих. Ходили слухи, что комитет присудит премию только Флемингу, или половину Флемингу и по четверти Флори и Чейну. Фултон и Дейл лоббировали, чтобы награда досталась Флори. Нобелевская ассамблея Каролинского института рассматривала возможность присуждения половины премии Флемингу и по четверти Флори и Чейну, но в итоге решила разделить ее поровну между тремя учеными. 25 октября 1945 года было объявлено, что Флеминг, Флори и Чейн совместно получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине 1945 года «за открытие пенициллина и его целебного эффекта при различных инфекционных заболеваниях». Когда газета The New York Times сообщила, что «Флеминг и два его соавтора» выиграли премию, Фултон потребовал – и добился – публикации опровержения в редакционной статье на следующий день. Дороти Ходжкин получила Нобелевскую премию по химии в 1964 году «за определение структуры важных биохимических веществ методами рентгеновского излучения». Она стала третьей женщиной, получившей Нобелевскую премию по химии, после Марии Кюри в 1911 году и Ирен Жолио-Кюри в 1935 году.
Разработка производных пенициллина
Узкий спектр поддающихся лечению заболеваний, или "спектр активности" пенициллинов, а также недостаточная активность перорально принимаемого пенициллина V, привели к поиску производных пенициллина, способных лечить более широкий круг инфекций. Выделение 6-АПА, ядра пенициллина, позволило создать полусинтетические пенициллины с различными улучшениями по сравнению с бензилпенициллином. Ампициллин был разработан исследовательской лабораторией Бичем в Лондоне. В 1961 году, когда он был внедрен в клиническую практику, он стал первым полусинтетическим пенициллином, который можно было принимать внутрь и который был эффективен как против грамотрицательных, так и против грамположительных микроорганизмов. Он был более эффективен, чем исходный пенициллин, поскольку обладал более широким спектром активности в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, в то время как исходный был эффективен только против грамположительных. Дальнейшим развитием линейки пенициллинов стали антипсевдомонадные пенициллины, такие как карбенициллин, тикарциллин и пиперациллин, полезные благодаря своей активности против грамотрицательных бактерий. Важность β-лактамного кольца была настолько велика, что родственные антибиотики, включая мециллинамы, карбапенемы и, что наиболее важно, цефалоспорины, по-прежнему сохраняют его в центре своей структуры. β-лактамные пенициллины стали наиболее широко используемыми антибиотиками в мире. Амоксициллин, полусинтетический пенициллин, разработанный исследовательской лабораторией Бичем в 1970 году, был самым распространенным из них. В начале XXI века предпочтения в отношении антибиотиков различались в разных странах: в Европе амоксициллин широко использовался в Великобритании и Германии; Франция, Италия и Испания предпочитали комбинации широкого спектра, такие как коамоксиклав; а скандинавские страны полагались на пенициллин V узкого спектра.
Резистентность к антибиотикам
В 1940 году Эрнст Чейн и Эдвард Абрахам сообщили о первом признаке устойчивости антибиотиков к пенициллину – штамме E. coli, который производил фермент пенициллиназу, способный разрушать пенициллин и нейтрализовать его антибактериальное действие. Чейн и Абрахам выяснили химическую природу пенициллиназы, о чем они сообщили в журнале Nature: «Вывод о том, что активное вещество является ферментом, основан на том факте, что оно разрушается при нагревании до 90° в течение 5 минут и при инкубации с папаином, активированным цианидом калия при pH 6, а также на том, что оно не диализуется через "целлофановые" мембраны». В своей Нобелевской лекции Флеминг предупредил о возможности развития устойчивости к пенициллину в клинической практике: «Может наступить время, когда пенициллин будет свободно продаваться в магазинах. Тогда возникнет опасность, что некомпетентный человек может легко принять недостаточную дозу и, подвергая свои микробы нелетальным концентрациям препарата, сделает их устойчивыми». В то время требовалось рецепт врача только для сильнодействующих ядов, и самолечение было вполне реальным. В Великобритании в 1947 году был принят закон, обязывающий выдавать антибиотики по рецепту. Соединенные Штаты последовали этому примеру в 1951 году. В других странах мира экспорт западных фармацевтических препаратов распространялся быстрее, чем западные медицинские знания и практики, и пенициллин часто отпускался практиками традиционной медицины. Еще в 1999 году исследование, проведенное в Великобритании, показало, что 39% респондентов ошибочно полагали, что антибиотики могут вылечить простуду и грипп, а 12% считали их лучшим средством лечения. Эта ошибочная вера в антибиотики имела серьезные последствия. Она снизила статус врачей до уровня поставщиков таблеток. Значительно больше людей стали обращаться за медицинской помощью по поводу заболеваний, которые раньше игнорировали, и часто требовали назначения антибиотиков. В свою очередь, перегруженные работой врачи все чаще были готовы их назначать, даже если их об этом не просили. К 1942 году некоторые штаммы Staphylococcus aureus выработали сильную устойчивость к пенициллину, а к 1960-м годам устойчивыми стали многие штаммы. В 1946 году бактериолог Мэри Барбер начала исследование устойчивости пенициллина, вызванной естественным отбором, в больнице Хаммерсмит в Лондоне. Она обнаружила, что в 1946 году семь из восьми бактериальных инфекций были чувствительны к пенициллину, но через два года – только три из восьми. Медсестры подвергались воздействию как бактерий, так и пенициллина, и переносили и распространяли бактериальные инфекции. Миллер обнаружила, что три из десяти студенток-акушерок были колонизированы бактериями по прибытии; через три месяца – семь из десяти. Проблема заключалась в несоблюдении правил гигиены медицинскими работниками, в ненадлежащей медицинской практике, такой как профилактическое использование антибиотиков, и в халатном административном управлении, например, в отлучении младенцев от матерей и помещении их в большие больничные палаты, где они могли заразить друг друга. В 1952 году в Австралии были зарегистрированы случаи инфекций, устойчивых к антибиотикам. Во время пандемии гриппа 1957–1958 годов в Великобритании от бактериальных осложнений умерло 16 000 человек, а в США – 80 000 человек; 28% заболевших пневмонией умерли. Большинство случаев пневмонии возникали в больницах, и многие из них были вызваны штаммами, устойчивыми к антибиотикам, которые там культивировались. В 1965 году в Бостоне был зарегистрирован первый случай устойчивости Streptococcus pneumoniae к пенициллину. С тех пор устойчивость развилась у других штаммов и видов бактерий.
The conclusion that the active substance is an enzyme is drawn from the fact that it is destroyed by heating at 90° for 5 minutes and by incubation with papain activated with potassium cyanide at pH 6, and that it is non dialysable through "cellophane" membranes. In his Nobel lecture, Fleming warned of the possibility of penicillin resistance in clinical conditions:The time may come when penicillin can be bought by anyone in the shops. Then there is the danger that the ignorant man may easily underdose himself and by exposing his microbes to non lethal quantities of the drug make them resistant. At the time, only poisons required a doctor's prescription, and self treatment was a real possibility. Legislation was passed in the UK in 1947 to require a prescription for antibiotics. The United States followed in 1951. Elsewhere in the world, the export of Western pharmaceuticals diffused faster than Western medical knowledge and practices, and penicillin was often dispensed by practitioners of traditional medicine. As late as 1999, a study in the UK found that 39 per cent of respondents erroneously believed that antibiotics could cure colds and flu, and 12 per cent believed that they were the best treatment for them. The misplaced faith in antibiotics had serious consequences. It reduced the status of doctors to providers of pills. Many more people sought medical attention for ailments they would have ignored before, and they often demanded antibiotics. For their part, overworked doctors were increasingly willing to provide them even if not asked to do so. By 1942, some strains of Staphylococcus aureus had developed a strong resistance to penicillin and many strains were resistant by the 1960s. In 1946, bacteriologist Mary Barber began a study of penicillin resistance through natural selection at Hammersmith Hospital in London. She found that in 1946, seven out of eight bacterial infections were susceptible to penicillin, but two years later only three out of eight were. Nurses were exposed to both bacteria and penicillin and harboured and transmitted bacterial infections. Miller found that three out of ten student midwives were colonized by bacteria when they arrived; after three months, seven out of ten were. The problem was sloppy hygiene practices by health care workers, poor medical practices like prophylactic use of antibiotics, and slipshod administrative practices, such as taking babies from their mothers to large hospital nurseries where they could infect each other. Antibiotic resistant infections were reported in Australia in 1952. During the 1957–1958 influenza pandemic there were 16,000 deaths in the UK and 80,000 in US from bacterial complications; 28 per cent of those who contracted pneumonia died. Most cases of pneumonia were contracted in hospitals, and many of these were antibiotic resistant strains that had been nurtured there. In 1965, the first case of penicillin resistance in Streptococcus pneumoniae was reported from Boston. Since then other strains and species of bacteria have developed resistance.
Использование в сельском хозяйстве
Исследования, проведенные в лабораториях компании American Cyanamid в конце 1940-х и начале 1950-х годов, показали, что добавление пенициллина в корм цыплятам увеличивало их прирост веса на 10%. Причины этого явления оставались предметом дискуссий в XXI веке. Последующие исследования выявили, что добавление пенициллина в корм животным также повышало эффективность использования корма, способствовало более равномерному росту и облегчало контроль заболеваний. После того как в 1951 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило использование пенициллина в качестве кормовой добавки для птицы и скота, фармацевтические компании нарастили производство для удовлетворения спроса. К 1954 году в США ежегодно производилось антибиотиков, из которых шла на корм животным. В 1990-х годах в США ежегодно производилось антибиотиков, из которых половина использовалась в животноводстве. Крупнейшим потребителем оставалось птицеводство, потреблявшее антибиотиков ежегодно, по сравнению с для свиней и для крупного рогатого скота. Исследование, проведенное в 1981 году Советом по сельскохозяйственным наукам и технологиям, оценило, что запрет на использование антибиотиков в кормах для животных мог бы обойтись американским потребителям до 3,5 миллиардов долларов в год (эквивалент 3,5 доллара США в 1981 году соответствует примерно <расчетная сумма> миллиардам долларов в настоящее время) в виде повышения цен на продукты питания. Подобная ситуация наблюдалась и в Великобритании, где к 1963 году животные потребляли 44% всего произведенного объема антибиотиков. К середине 1950-х годов в США стали поступать сообщения о том, что молоко не сворачивается при производстве сыра. FDA обнаружило, что молоко было заражено пенициллином, который уничтожал бактерии, необходимые для сыроделия. В 1963 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщила о высоких уровнях пенициллина в молоке по всему миру. Люди с аллергией на пенициллин теперь могли испытывать реакцию при употреблении молока. В Великобритании в 1960 году был создан комитет под председательством лорда Нетерторпа для изучения использования антибиотиков в кормах для животных. В 1962 году комитет рекомендовал ослабить ограничения на использование антибиотиков в животноводстве, утверждая, что преимущества были значительными и что даже в случае развития устойчивости бактерий, новые антибиотики будут разработаны в ближайшем будущем, и не было доказательств того, что устойчивость бактерий у животных оказывает влияние на здоровье человека. Выводы комитета Нетерторпа были опровергнуты новыми исследованиями еще до их публикации, и в 1965 году комитет был созван повторно для пересмотра вопроса. Новые исследования показали, что бактерии не только способны наследовать гены устойчивости к антибиотикам, но и передавать их друг другу. В 1967 году многорезистентный штамм кишечной палочки привел к гибели пятнадцати детей в Великобритании. Использование антибиотиков в животных в нетерапевтических целях было запрещено там в 1971 году. Вскоре примеру последовали многие другие европейские страны. Когда Швеция вступила в Европейский союз (ЕС) в 1995 году, там уже действовал десятилетний полный запрет на антибиотики-стимуляторы роста (АСР). Этот запрет мог быть отменен и заменен более мягкими правилами ЕС, если Швеция не предоставит научные доказательства в пользу его сохранения. Два шведских ученых, Андерс Франклин и Кристина Греко, и два датских ученых, Фрэнк Ареструп и Хенрик Вегенер, приняли вызов. Их шансы казались невелики, но это совпало с вспышкой коровьего бешенства (БСЭ) в Соединенном Королевстве, что привело к усилению политического давления. В декабре 1996 года Постоянный комитет по здравоохранению и благосостоянию Европейского парламента проголосовал за запрет на использование АСР. ЕС пошел еще дальше и рекомендовал ввести широкие ограничения на использование антибиотиков.