Пауль Эрлих: Жизнь и открытия основоположника иммунологии

Введение

Немецкий врач и ученый (1854–1915)

Пол Эрлих (; 14 марта 1854 – 20 августа 1915) – немецкий врач и ученый, лауреат Нобелевской премии, работавший в областях гематологии, иммунологии и антимикробной химиотерапии. Среди его важнейших достижений – открытие лекарства от сифилиса в 1909 году и изобретение метода, предшествовавшего окраске бактерий по Граму. Разработанные им методы окрашивания тканей позволили различать различные типы клеток крови, что дало возможность диагностировать множество заболеваний крови. Его лаборатория открыла арсфенамин (Сальварсан) – первый антибиотик и первое эффективное медикаментозное лечение сифилиса, тем самым положив начало и дав название концепции химиотерапии. Эрлих популяризировал концепцию «волшебной пули». Он также внес решающий вклад в разработку антисыворотки для борьбы с дифтерией и разработал метод стандартизации терапевтических сывороток. В 1908 году он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за вклад в иммунологию. Он был основателем и первым директором Института Пауля Эрлиха, немецкого научно-исследовательского учреждения и органа медицинского регулирования, являющегося национальным федеральным институтом вакцин и биомедицины. Род бактерий Rickettsiales, Ehrlichia, назван в его честь. Эрлиха называют «отцом иммунологии».

Жизнь и карьера

Эрлих родился 14 марта 1854 года в Стрелене, в прусской провинции Нижняя Силезия, на территории современной юго-западной Польши. Он был вторым ребенком Розы (Вейгерт) и Исмара Эрлиха, главы местной еврейской общины. После завершения клинического образования и получения права на преподавание (хабилитации) в престижной медицинской школе и университетской больнице Шарите в Берлине в 1886 году, Эрлих отправился в Египет и другие страны в 1888 и 1889 годах, в том числе для лечения туберкулеза, которым он заразился в лаборатории. По возвращении он открыл частную медицинскую практику и небольшую лабораторию в Берлине-Штеглице. В 1891 году Роберт Кох пригласил Эрлиха присоединиться к штату своего Берлинского института инфекционных болезней, где в 1896 году был создан новый филиал – Институт исследования и испытания сывороток (Institut für Serumforschung und Serumprüfung) – специально для исследований Эрлиха. Эрлих был назначен его директором-основателем. В 1899 году его институт переехал во Франкфурт-на-Майне и был переименован в Институт экспериментальной терапии (Institut für experimentelle Therapie). Одним из его важных соратников был Макс Нейссер. В 1904 году Эрлих получил полную должность почетного профессора Геттингенского университета. В 1906 году Эрлих стал директором Дома Георга Шпейера во Франкфурте – частного исследовательского фонда, связанного с его институтом. Здесь в 1909 году он открыл первый препарат, направленный против конкретного возбудителя болезни: Сальварсан, средство для лечения сифилиса, который в то время был одним из самых опасных и заразных заболеваний в Европе. В 1914 году Эрлих был удостоен премии Кэмерона Эдинбургского университета. Среди иностранных ученых, работавших с Эрлихом в его институте, были два лауреата Нобелевской премии – Генри Халлетт Дейл и Пол Каррер. В 1947 году институт был переименован в Институт Пауля Эрлиха в его честь. В 1914 году Эрлих подписал «Манифест девяноста трех», который являлся защитой внешней политики и милитаризма Германии в Первой мировой войне. 17 августа 1915 года Эрлих перенес сердечный приступ и скончался 20 августа в Бад-Хомбурге-фор-дер-Хёэ. Вильгельм II, немецкий император, в телеграмме соболезнования написал: «Я, вместе со всем цивилизованным миром, оплакиваю смерть этого выдающегося исследователя за его огромный вклад в медицинскую науку и страждущее человечество; его жизненное дело обеспечило ему бессмертную славу и благодарность как современников, так и потомков». Пауль Эрлих был похоронен на Старом еврейском кладбище во Франкфурте (участок 114 N).

Ehrlich was born 14 March 1854 in Strehlen in the Prussian province of Lower Silesia in what is now south west Poland. He was the second child of Rosa (Weigert) and Ismar Ehrlich, the leader of the local Jewish community. After completing his clinical education and habilitation at the prominent Charité medical school and teaching hospital in Berlin in 1886, Ehrlich traveled to Egypt and other countries in 1888 and 1889, in part to cure a case of tuberculosis which he had contracted in the laboratory. Upon his return he established a private medical practice and small laboratory in Berlin Steglitz. In 1891, Robert Koch invited Ehrlich to join the staff at his Berlin Institute of Infectious Diseases, where in 1896 a new branch, the Institute for Serum Research and Testing (Institut für Serumforschung und Serumprüfung), was established for Ehrlich's specialization. Ehrlich was named its founding director. In 1899 his institute moved to Frankfurt am Main and was renamed the Institute of Experimental Therapy (Institut für experimentelle Therapie). One of his important collaborators there was Max Neisser. In 1904, Ehrlich received a full position of honorary professor from the University of Göttingen. In 1906 Ehrlich became the director of the Georg Speyer House in Frankfurt, a private research foundation affiliated with his institute. Here he discovered in 1909 the first drug to be targeted against a specific pathogen: Salvarsan, a treatment for syphilis, which was at that time one of the most lethal and infectious diseases in Europe. In 1914, Ehrlich was awarded the Cameron Prize of the University of Edinburgh. Among the foreign guest scientists working with Ehrlich at his institute were two Nobel Prize winners, Henry Hallett Dale and Paul Karrer. The institute was renamed Paul Ehrlich Institute in Ehrlich's honour in 1947. In 1914, Ehrlich signed the Manifesto of the Ninety Three which was a defense of Germany's World War I politics and militarism. On 17 August 1915 Ehrlich suffered a heart attack and died on 20 August in Bad Homburg vor der Höhe. Wilhelm II the German emperor, wrote in a telegram of condolence, "I, along with the entire civilized world, mourn the death of this meritorious researcher for his great service to medical science and suffering humanity; his life’s work ensures undying fame and the gratitude of both his contemporaries and posterity". Paul Ehrlich was buried at the Old Jewish Cemetery, Frankfurt (Block 114 N).

Гематологическое окрашивание

В начале 1870-х годов двоюродный брат Эрлиха Карл Вайгерт первым окрасил бактерии красителями и внедрил анилиновые пигменты для гистологических исследований и бактериальной диагностики. Во время учебы в Страсбурге под руководством анатома Генриха Вильгельма Вальдейера, Эрлих продолжил исследования, начатые его кузеном в области пигментов и окрашивания тканей для микроскопического изучения. Он провел свой восьмой университетский семестр во Фрайбурге им Брейсгау, исследуя преимущественно красный краситель далию (монофенилросанилин), что привело к его первой публикации. В 1878 году он последовал за своим научным руководителем Юлиусом Фридрихом Конхаймом в Лейпциг и в том же году получил докторскую степень с диссертацией «Вклад в теорию и практику гистологического окрашивания» (Beiträge zur Theorie und Praxis der histologischen Färbung). Одним из наиболее выдающихся результатов его диссертационного исследования было открытие нового типа клеток. Эрлих обнаружил в протоплазме предполагаемых плазматических клеток гранулы, которые можно было сделать видимыми с помощью щелочного красителя. Он полагал, что эти гранулы являются признаком хорошего питания, и соответственно назвал эти клетки тучными клетками (mast cells), от немецкого слова для корма для откорма животных (Mast). Такой акцент на химии был необычен для медицинской диссертации. В ней Эрлих представил весь спектр известных методов окрашивания и химию используемых пигментов. Находясь в Шарите, Эрлих разработал дифференциацию лейкоцитов (белых кровяных телец) в соответствии с их различными гранулами. Предварительным условием была техника приготовления сухих препаратов, которую он также разработал. Капля крови, помещенная между двумя предметными стеклами и нагретая над горелкой Бунзена, фиксировала клетки крови, позволяя при этом проводить их окрашивание. Эрлих использовал как щелочные, так и кислотные красители, а также создал новые «нейтральные» красители. Впервые это позволило дифференцировать лимфоциты среди лейкоцитов (белых кровяных телец). Изучая их грануляцию, он смог различить негранулярные лимфоциты, моно- и полиядерные лейкоциты, эозинофильные гранулоциты и тучные клетки. Начиная с 1880 года, Эрлих также изучал эритроциты (красные кровяные клетки). Он продемонстрировал существование эритроцитов с ядрами, которые он разделил на нормобласты, мегалобласты, микробласты и пойкилобласты; он обнаружил предшественники эритроцитов. Эрлих таким образом заложил основу для анализа анемий, после того как создал основу для систематизации лейкемий с помощью исследования лейкоцитов. В его обязанности в Шарите входило анализировать образцы крови и мочи пациентов. В 1881 году он опубликовал новый тест мочи, который можно было использовать для различения различных типов тифа от простых случаев диареи. Интенсивность окрашивания позволяла прогнозировать течение заболевания. Пигментный раствор, который он использовал, сегодня известен как реактив Эрлиха. Великим достижением Эрлиха, но также источником проблем в его дальнейшей карьере, было то, что он инициировал новое направление исследований, объединяющее химию, биологию и медицину. Большая часть его работ была отвергнута медицинским сообществом, которому не хватало необходимых химических знаний. Это также означало, что подходящей профессорской должности для Эрлиха не было в поле зрения.

In the early 1870s, Ehrlich's cousin Karl Weigert was the first person to stain bacteria with dyes and to introduce aniline pigments for histological studies and bacterial diagnostics. During his studies in Strassburg under the anatomist Heinrich Wilhelm Waldeyer, Ehrlich continued the research started by his cousin in pigments and staining tissues for microscopic study. He spent his eighth university semester in Freiburg im Breisgau investigating primarily the red dye dahlia (monophenylrosanilin), giving rise to his first publication. In 1878 he followed his dissertation supervisor Julius Friedrich Cohnheim to Leipzig, and that year obtained a doctorate with a dissertation entitled "Contributions to the Theory and Practice of Histological Staining" (Beiträge zur Theorie und Praxis der histologischen Färbung). One of the most outstanding results of his dissertation investigations was the discovery of a new cell type. Ehrlich discovered in the protoplasm of supposed plasma cells a granulate which could be made visible with the help of an alkaline dye. He thought this granulate was a sign of good nourishment, and accordingly named these cells mast cells, (from the German word for an animal fattening feed, Mast). This focus on chemistry was unusual for a medical dissertation. In it, Ehrlich presented the entire spectrum of known staining techniques and the chemistry of the pigments employed. While he was at the Charité, Ehrlich elaborated upon the differentiation of white blood cells according to their different granules. A precondition was a dry specimen technique, which he also developed. A drop of blood placed between two glass slides and heated over a Bunsen burner fixed the blood cells while still allowing them to be stained. Ehrlich used both alkaline and acid dyes, and also created new "neutral" dyes. For the first time this made it possible to differentiate the lymphocytes among the leucocytes (white blood cells). By studying their granulation he could distinguish between nongranular lymphocytes, mono and poly nuclear leucocytes, eosinophil granulocytes, and mast cells. Starting in 1880, Ehrlich also studied red blood cells. He demonstrated the existence of nucleated red blood cells, which he subdivided into normoblasts, megaloblasts, microblasts and poikiloblasts; he had discovered the precursors of erythrocytes. Ehrlich thus also laid the basis for the analysis of anemias, after he had created the basis for systematizing leukemias with his investigation of white blood cells. His duties at the Charité included analyzing patients' blood and urine specimens. In 1881 he published a new urine test which could be used to distinguish various types of typhoid from simple cases of diarrhea. The intensity of staining made possible a disease prognosis. The pigment solution he used is known today as Ehrlich's reagent. Ehrlich's great achievement, but also a source of problems during his further career, was that he had initiated a new field of study interrelating chemistry, biology and medicine. Much of his work was rejected by the medical profession, which lacked the requisite chemical knowledge. It also meant that there was no suitable professorship in sight for Ehrlich.

Дружба с Робертом Кохом

Будучи студентом в Бреслау, Эрлих получил возможность от патолога Юлиуса Фридриха Конхайма провести обширные исследования и был также представлен Роберту Коху, который в то время служил окружным врачом в Волльштейне, провинции Позен. В свободное время Кох выяснил жизненный цикл возбудителя сибирской язвы и связался с Фердинандом Коном, который быстро убедился в правоте работы Коха и представил его своим коллегам в Бреслау. С 30 апреля по 2 мая 1876 года Кох представил свои исследования в Бреслау, на которых присутствовал студент Пол Эрлих. 24 марта 1882 года Эрлих присутствовал на лекции Роберта Коха, работавшего с 1880 года в Императорском управлении здравоохранения (Kaiserliches Gesundheitsamt) в Берлине, в которой Кох доложил об идентификации возбудителя туберкулеза. Позже Эрлих назвал эту лекцию своим "величайшим научным опытом". На следующий день после лекции Коха Эрлих уже усовершенствовал метод окрашивания Коха, что было безоговорочно одобрено Кохом. С этого дня их связала дружба. В 1887 году Эрлих стал приват-доцентом по внутренней медицине (Privatdozent für Innere Medizin) в Берлинском университете, а в 1890 году по просьбе Коха возглавил туберкулезное отделение в государственной больнице в берлинском районе Моабит. Там изучался туберкулин – перспективный терапевтический препарат от туберкулеза, который Эрлих даже испытал на себе. В последовавшем туберкулиновом скандале Эрлих попытался поддержать Коха и подчеркнул диагностическую ценность туберкулина. В 1891 году Кох пригласил Эрлиха работать в недавно основанный Институт инфекционных болезней (Institut für Infektionskrankheiten – ныне Институт Роберта Коха) при Фридрихе Вильгельмском университете (ныне Гумбольдтском университете) в Берлине. Кох не мог предложить ему оплату, но предоставил полный доступ к лабораторному персоналу, пациентам, химическим реактивам и лабораторным животным, за что Эрлих всегда был ему благодарен.

When a student in Breslau, Ehrlich was given an opportunity by the pathologist Julius Friedrich Cohnheim to conduct extensive research and was also introduced to Robert Koch, who was at the time a district physician in Wollstein, Posen Province. In his spare time, Koch had clarified the life cycle of the anthrax pathogen and had contacted Ferdinand Cohn, who was quickly convinced by Koch's work and introduced him to his Breslau colleagues. From 30 April to 2 May 1876, Koch presented his investigations in Breslau, which the student Paul Ehrlich was able to attend. On 24 March 1882, Ehrlich was present when Robert Koch, working since 1880 at the Imperial Public Health Office (Kaiserliches Gesundheitsamt) in Berlin, presented the lecture in which he reported how he was able to identify the tuberculosis pathogen. Ehrlich later described this lecture as his "greatest experience in science". The day after Koch's lecture, Ehrlich had already made an improvement to Koch's staining method, which Koch unreservedly welcomed. From this date on, the two men were bound in friendship. In 1887 Ehrlich became an unsalaried lecturer in internal medicine (Privatdozent für Innere Medizin) at Berlin University, and in 1890 took over the tuberculosis station at a public hospital in Berlin Moabit at Koch's request. This was where Koch's hoped for tuberculosis therapeutic agent tuberculin was under study; and Ehrlich had even injected himself with it. In the ensuing tuberculin scandal, Ehrlich tried to support Koch and stressed the value of tuberculin for diagnostic purposes. In 1891 Koch invited Ehrlich to work at the newly founded Institute of Infectious Diseases (Institut für Infektionskrankheiten – now the Robert Koch Institute) at Friedrich Wilhelms Universität (now Humboldt University) in Berlin. Koch was unable to give him any remuneration, but did offer him full access to laboratory staff, patients, chemicals and laboratory animals, which Ehrlich always remembered with gratitude.

Первые работы по иммунитету

Эрлих начал свои первые эксперименты по иммунизации ещё в своей частной лаборатории. Он приучал мышей к ядам рицин и абрин. После кормления их небольшими, но постепенно увеличивающимися дозами рицина, он установил, что они стали невосприимчивы к рицину. Эрлих интерпретировал это как иммунизацию и заметил, что она начиналась резко через несколько дней и сохранялась в течение нескольких месяцев, однако мыши, иммунизированные против рицина, были так же чувствительны к абрину, как и необработанные животные. За этим последовали исследования «наследования» приобретённого иммунитета. Уже было известно, что в некоторых случаях после заражения оспой или сифилисом специфический иммунитет передавался от родителей к потомству. Эрлих отверг наследственность в генетическом смысле, поскольку потомство самца мыши, иммунизированного против абрина, и необработанной самки мыши не обладало иммунитетом к абрину. Он заключил, что плод получает антитела через лёгочное кровообращение матери. Эту идею подтверждал тот факт, что этот «унаследованный иммунитет» ослабевал через несколько месяцев. В другом эксперименте он обменял потомство обработанных и необработанных самок мышей. Мыши, вскормлённые обработанными самками, были защищены от яда, что подтверждало, что антитела могут передаваться и с молоком. Эрлих также исследовал аутоиммунитет, но он категорически отвергал возможность того, что иммунная система организма может атаковать собственные ткани, называя это «ужасом аутотоксичности». Именно ученик Эрлиха, Эрнест Витебский, продемонстрировал, что аутоиммунитет может вызывать заболевания у людей. Эрлих первым предположил, что существуют регуляторные механизмы, защищающие организм от аутоиммунитета, заявив в 1906 году, что «организм обладает определёнными приспособлениями, посредством которых иммунная реакция, так легко вызываемая всеми видами клеток, предотвращается от действия против собственных элементов организма».

Работа с Берингом над дифтерией

Эмиль Беринг работал в Берлинском институте инфекционных заболеваний до 1893 года, разрабатывая антисыворотку для лечения дифтерии и столбняка, но результаты были непостоянными. Кох предложил Берингу и Эрлиху сотрудничать над этим проектом. Эта совместная работа оказалась успешной, поскольку Эрлих, опираясь на свой опыт работы с мышами, быстро смог повысить уровень иммунитета лабораторных животных. Клинические испытания дифтерийной сыворотки в начале 1894 года прошли успешно, и в августе химическая компания Hoechst начала продавать «Лекарство от дифтерии, синтезированное Берингом и Эрлихом». Изначально оба исследователя договорились делить прибыль после вычета доли Hoechst. Их контракт несколько раз пересматривался, и в конечном итоге Эрлих был вынужден согласиться на долю в прибыли всего в восемь процентов. Эрлих был возмущен тем, что считал несправедливым отношением, и их отношения с Берингом стали проблемными, ситуация, которая впоследствии усугубилась из-за спора о валентности противостолбнячной сыворотки. Эрлих признавал, что принцип сывороточной терапии был разработан Берингом и Китасато, но считал, что именно он первым создал сыворотку, которую можно было использовать и на людях, и что его вклад в разработку дифтерийной сыворотки был недостаточно оценен. Беринг, в свою очередь, плел интриги против Эрлиха в прусском Министерстве культуры, и с 1900 года Эрлих отказался с ним сотрудничать. В 1901 году фон Беринг единолично получил первую Нобелевскую премию по медицине за вклад в исследования дифтерии.

Валентность сыворотки

Поскольку антисеромы были совершенно новым типом лекарств, качество которых сильно варьировалось, была создана государственная система для гарантии их безопасности и эффективности. Начиная с 1 апреля 1895 года, в Германской империи разрешалось продавать только антисеромы, одобренные правительством. Испытательная станция для противодифтерийной сыворотки временно размещалась в Институте инфекционных заболеваний. По инициативе Фридриха Альтхоффа в 1896 году в Берлине-Штеглице был основан Институт исследований и испытаний сывороток (Institut für Serumforschung und Serumprüfung) с Полом Эрлихом в качестве директора (что потребовало от него расторжения всех его контрактов с компанией Hoechst). В этой должности и в качестве почетного профессора Берлинского университета он получал годовой доход в размере 6000 марок, примерно соответствующий зарплате университетского профессора. Помимо испытательного отдела, институт также имел исследовательский отдел. Для определения эффективности противодифтерийной сыворотки требовалась стабильная концентрация дифтерийного токсина. Эрлих обнаружил, что используемый токсин был нестабильным и подвержен порче, вопреки прежним предположениям, что привело к двум последствиям: он отказался от использования токсина в качестве стандарта, заменив его сывороточным порошком, разработанным Берингом, который необходимо было растворять в жидкости непосредственно перед использованием. Сила исследуемого токсина первоначально определялась путём сравнения с этим стандартом. Затем исследуемый токсин можно было использовать в качестве эталона для оценки других сывороток. В самом тесте токсин и сыворотка смешивались в таком соотношении, чтобы их эффекты взаимно нейтрализовались при введении морской свинке. Однако, поскольку определение наличия симптомов заболевания было подвержено значительной погрешности, Эрлих установил однозначный критерий: гибель животного. Смесь должна была быть такой, чтобы подопытное животное умерло через четыре дня. Если смерть наступала раньше, сыворотка считалась недостаточно эффективной и отклонялась. Эрлих утверждал, что достиг такой точности определения валентности сыворотки, как и при химическом титровании. Это вновь демонстрирует его стремление к количественной оценке в биологических науках. Под влиянием мэра Франкфурта-на-Майне Франца Адикеса, стремившегося создать научные учреждения во Франкфурте в преддверии основания университета, институт Эрлиха переехал во Франкфурт в 1899 году и был переименован в Королевский прусский институт экспериментальной терапии (Königlich Preußisches Institut für Experimentelle Therapie). Немецкая методология контроля качества была скопирована государственными сывороточными институтами по всему миру, которые также стали получать стандартную сыворотку из Франкфурта. После противодифтерийной сыворотки в быстрой последовательности были разработаны сыворотка против столбняка и различные бактерицидные сыворотки для применения в ветеринарии. Эти препараты также подвергались оценке в институте, как и туберкулин и впоследствии различные вакцины. Самым важным коллегой Эрлиха в институте был еврейский врач и биолог Юлиус Моргенрот.

Since antiserums were an entirely new type of medicine whose quality was highly variable, a government system was established to guarantee their safety and effectiveness. Beginning 1 April 1895, only government approved serum could be sold in the German Reich. The testing station for diphtheria serum was provisionally housed at the Institute of Infectious Diseases. At the initiative of Friedrich Althoff, an Institute of Serum Research and Testing (Institut für Serumforschung und Serumprüfung) was established in 1896 in Berlin Steglitz, with Paul Ehrlich as director (which required him to cancel all his contracts with Hoechst). In this function and as honorary professor at Berliner University he had annual earnings of 6,000 marks, approximately the salary of a university professor. In addition to a testing department the institute also had a research department. In order to determine the effectiveness of diphtheria antiserum, a stable concentration of diphtheria toxin was required. Ehrlich discovered that the toxin being used was perishable, in contrast to what had been assumed, which for him led to two consequences: He did not use the toxin as a standard, but instead a serum powder developed by Behring, which had to be dissolved in liquid shortly before use. The strength of a test toxin was first determined in comparison with this standard. The test toxin could then be used as a reference for testing other serums. For the test itself, toxin and serum were mixed in a ratio so that their effects just cancelled each other when injected into a guinea pig. But since there was a large margin in determining whether symptoms of illness were present, Ehrlich established an unambiguous target: the death of the animal. The mixture was to be such that the test animal would die after four days. If it died earlier, the serum was too weak and was rejected. Ehrlich claimed to have made the determination of the valency of serum as accurate as it would be with chemical titration. This again demonstrates his tendency to quantify the life sciences. Influenced by the mayor of Frankfurt am Main, Franz Adickes, who endeavored to establish science institutions in Frankfurt in preparation of the founding of a university, Ehrlich's institute moved to Frankfurt in 1899 and was renamed the Royal Prussian Institute of Experimental Therapy (Königlich Preußisches Institut für Experimentelle Therapie). The German quality control methodology was copied by government serum institutes all over the world, and they also obtained the standard serum from Frankfurt. After diphtheria antiserum, tetanus serum and various bactericide serums for use in veterinary medicine were developed in rapid sequence. These were also evaluated at the institute, as was tuberculin and later on various vaccines. Ehrlich's most important colleague at the institute was the Jewish doctor and biologist Julius Morgenroth.

Теория боковой цепи Эрлиха

Он предположил, что клеточная протоплазма содержит специальные структуры, имеющие химические боковые цепи (современный термин – макромолекулы), к которым связывается токсин, нарушая функцию. Если организм переживает воздействие токсина, заблокированные боковые цепи заменяются новыми. Эту регенерацию можно стимулировать, и это явление называется иммунизацией. Если клетка производит избыток боковых цепей, они могут также высвобождаться в кровь в виде антител. В последующие годы Эрлих развивал свою теорию боковых цепей, используя концепции («амбоцепторы», «рецепторы первого, второго и третьего порядка» и т.д.), которые в настоящее время не используются. Он предполагал наличие дополнительной иммунной молекулы между антигеном и антителом, которую он назвал «аддитивом» или «комплементом». По его мнению, боковая цепь содержала как минимум две функциональные группы. За создание теоретической основы иммунологии, а также за работы по валентности сыворотки, Эрлих был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1908 году совместно с Эли Мечниковым. Мечников, исследовавший клеточный аспект иммунитета – фагоцитоз – в Институте Пастера, ранее подвергал критике теорию Эрлиха.

Исследования рака

В 1901 году прусское министерство финансов раскритиковало Эрлиха за превышение бюджета и, как следствие, сократило его доход. В этой ситуации Альтхофф организовал контакт с Георгом Шпайером, еврейским филантропом и совладельцем банковского дома Lazard Speyer Ellissen. Тяжёлая болезнь принцессы Виктории, вдовы немецкого императора Фридриха II, привлекла широкое общественное внимание и побудила состоятельных граждан Франкфурта, включая Шпайера, собрать средства в поддержку исследований рака. Эрлих также получил личную просьбу от немецкого императора Вильгельма II посвятить все свои силы исследованиям рака. Эти усилия привели к созданию отдела исследований рака при Институте экспериментальной терапии. Там, среди прочих, работал химик Густав Эмбден. Эрлих проинформировал своих спонсоров о том, что исследования рака – это фундаментальные исследования, и быстрого излечения ожидать не стоит. Среди результатов, достигнутых Эрлихом и его коллегами, было понимание того, что при культивировании опухолей путем пересадки опухолевых клеток их злокачественность возрастает от поколения к поколению. Если первичная опухоль удаляется, то метастазирование резко усиливается. Эрлих применил бактериологические методы к исследованиям рака. По аналогии с вакцинацией, он пытался выработать иммунитет к раку, вводя ослабленные раковые клетки. Как в исследованиях рака, так и в исследованиях химиотерапии (см. ниже), он внедрил методологии Большой науки.

Окрашивание in vivo

В 1885 году появилась монография Эрлиха "Нужда организма в кислороде" (Das Sauerstoffbedürfnis des Organismus – Eine farbenanalytische Studie), которую он также представил в качестве работы для получения права преподавания (хабилитации). В ней он представил новую технологию окрашивания in vivo. Одним из его открытий было то, что пигменты могут легко усваиваться живыми организмами только в зернистой форме. Он вводил красители ализарин-синий и индофенол-синий лабораторным животным и установил, что после их смерти различные органы окрасились в разной степени. В органах с высокой степенью насыщения кислородом индофенол сохранялся; в органах со средней степенью насыщения индофенол восстанавливался, но ализарин-синий – нет. А в областях с низкой степенью насыщения кислородом оба пигмента подверглись восстановлению. С этой работой Эрлих также сформулировал убеждение, которое определяло направление его исследований: все жизненные процессы можно свести к процессам физической химии, происходящим в клетке.

Метиленовый синий

В ходе своих исследований Эрлих столкнулся с метиленовым синим, который он считал особенно подходящим для окрашивания бактерий. Позже Роберт Кох также использовал метиленовый синий в качестве красителя в своих исследованиях возбудителя туберкулеза. По мнению Эрлиха, дополнительным преимуществом было то, что метиленовый синий также окрашивал длинные отростки нервных клеток – аксоны. Он предложил тему для докторской диссертации по этому вопросу, но сам не продолжил ее разработку. Невролог Людвиг Эдингер полагал, что Эрих тем самым открыл важное новое направление в неврологии. После середины 1889 года, когда Эрлих остался без работы, он продолжил частные исследования метиленового синего. Его работа по окрашиванию in vivo натолкнула его на мысль об использовании его в терапевтических целях. Поскольку паразиты семейства Plasmodiidae – включающего возбудителя малярии – могут быть окрашены метиленовым синим, он предположил, что его можно применять для лечения малярии. У двух пациентов, лечившихся в городской больнице Берлина-Моабита, после такого лечения действительно спала лихорадка, и плазмодии малярии исчезли из их крови. Эрлих получал метиленовый синий от компании Meister Lucius & Brüning AG (позднее переименованной в Hoechst AG), что положило начало долгосрочному сотрудничеству с этой фирмой.

Поиск специфической химиотерапии

Еще до того, как Институт экспериментальной терапии переехал во Франкфурт, Эрлих уже возобновил работу над метиленовым синим. После смерти Георга Шпайера его вдова Франциска Шпайер учредила в его память Дом Георга Шпайера, который был возведен рядом с институтом Эрлиха. Как директор Дома Георга Шпайера, Эрлих перенес туда свои исследования в области химиотерапии. Он искал вещество, столь же эффективное, как метиленовый синий, но лишенное его побочных эффектов. Его вдохновляло, с одной стороны, воздействие хинина на малярию, а с другой – по аналогии с сывороточной терапией, он полагал, что должны существовать и химические фармацевтические препараты, обладающие столь же специфическим действием на отдельные заболевания. Его целью было найти “Therapia sterilisans magna”, то есть лечение, способное уничтожить все патогенные микроорганизмы. В качестве модели для экспериментальной терапии Эрлих использовал болезнь трипаносомоза морских свинок и испытывал различные химические вещества на лабораторных животных. Действительно, трипаносомы можно было успешно уничтожить красителем трипанокрасным. Начиная с 1906 года, он интенсивно изучал атоксил и поручил Роберту Коху, вместе с другими соединениями мышьяка, провести его испытания во время экспедиции Коха по изучению сонной болезни в 1906–1907 годах. Хотя название буквально означает «нетоксичный», атоксил все же вызывает повреждения, особенно зрительного нерва. Эрлих разработал систематическое тестирование химических соединений, по сути, скрининг, как это практикуется сегодня в фармацевтической промышленности. Он обнаружил, что соединение 418 – арсенофенилглицин – обладает впечатляющим терапевтическим эффектом и провел его испытания в Африке. При поддержке своего ассистента Саахиро Хата, Эрлих обнаружил в 1909 году, что соединение 606, арсфенамин, эффективно борется со спирохетами рода “spirillum”, один из подвидов которых вызывает сифилис. В ходе испытаний на людях было установлено, что соединение имеет мало побочных эффектов, и спирохеты исчезли у семи пациентов с сифилисом после проведенного лечения. После обширных клинических испытаний (все участники исследования помнили о неудачном примере туберкулина) компания Hoechst начала продавать соединение в конце 1910 года под названием Salvarsan. Это был первый препарат со специфическим терапевтическим эффектом, созданный на основе теоретических соображений. Сальварсан оказался удивительно эффективным, особенно по сравнению с традиционной терапией солями ртути. Производимый компанией Hoechst AG, Сальварсан стал самым широко назначаемым лекарством в мире. Он оставался наиболее эффективным средством для лечения сифилиса до появления пенициллина в 1940-х годах. Сальварсан требовал улучшения с точки зрения побочных эффектов и растворимости, и в 1911 году был заменен на Neosalvarsan. Работа Эрлиха пролила свет на существование гематоэнцефалического барьера, хотя сам он никогда в него не верил, а термин «гематоэнцефалический барьер» позже ввела Лина Стерн. Препарат спровоцировал так называемую «Сальварсанскую войну». С одной стороны, наблюдалась враждебность со стороны тех, кто опасался морального разложения и ослабления сексуальных запретов. Эрлиха также обвиняли, с явно антисемитским подтекстом, в чрезмерном обогащении. Кроме того, коллега Эрлиха, Пауль Уленхут, заявил о приоритете в открытии препарата. Поскольку во время клинических испытаний погибли некоторые пациенты, Эрлиха обвинили в безжалостности и готовности идти на все ради достижения цели. В 1914 году один из наиболее ярых обвинителей был осужден за клевету на суде, в котором Эрлих был вызван в качестве свидетеля. Хотя Эрлих был оправдан, это судебное разбирательство повергло его в депрессию, от которой он так и не смог полностью оправиться.

Before the Institute of Experimental Therapy had moved to Frankfurt, Ehrlich had already resumed work on methylene blue. After the death of Georg Speyer, his widow Franziska Speyer endowed the Georg Speyer House in his memory which was erected next door to Ehrlich's institute. As director of the Georg Speyer House, Ehrlich transferred his chemotherapeutic research there. He was looking for an agent which was as effective as methylene blue, but without its side effects. His model was on the one hand the impact of quinine on malaria, and on the other hand, in analogy to serum therapy, he thought there must also be chemical pharmaceuticals which would have just as specific an effect on individual diseases. His goal was to find a "Therapia sterilisans magna", in other words a treatment that could kill all disease pathogens. As a model for experimental therapy Ehrlich used a guinea pig disease trypanosoma and tested out various chemical substances on laboratory animals. The trypanosomes could indeed be successfully killed with the dye trypan red. Beginning in 1906, he intensively investigated atoxyl and had it tested by Robert Koch along with other arsenic compounds during Koch's sleeping sickness expedition of 1906/07. Although the name literally means "nonpoisonous", atoxyl does cause damage, especially to the optic nerve. Ehrlich elaborated the systematic testing of chemical compounds in the sense of screening as now practiced in the pharmaceutical industry. He discovered that Compound 418 Arsenophenylglycine had an impressive therapeutic effect and had it tested in Africa. With the support of his assistant Sahachiro Hata Ehrlich discovered in 1909 that Compound 606, Arsphenamine, effectively combatted "spirillum" spirochaetes bacteria, one of whose subspecies causes syphilis. The compound proved to have few side effects in human trials, and the spirochetes disappeared in seven syphilis patients after this treatment. After extensive clinical testing (all the research participants had the negative example of tuberculin in mind) the Hoechst company began to market the compound toward the end of 1910 under the name Salvarsan. This was the first agent with a specific therapeutic effect to be created on the basis of theoretical considerations. Salvarsan proved to be amazingly effective, particularly when compared with the conventional therapy of mercury salts. Manufactured by Hoechst AG, Salvarsan became the most widely prescribed drug in the world. It was the most effective drug for treating syphilis until penicillin became available in the 1940s. Salvarsan required improvement as to side effects and solubility and was replaced in 1911 with Neosalvarsan. Ehrlich's work illuminated the existence of the blood brain barrier, although he himself never believed in such a barrier, with Lina Stern later coining the phrase. The medication triggered the so called "Salvarsan war". On one side there was hostility on the part of those who feared a resulting moral breakdown of sexual inhibitions. Ehrlich was also accused, with clearly anti Semitic undertones, of excessively enriching himself. In addition, Ehrlich's associate, Paul Uhlenhuth claimed priority in discovering the drug. Because some people died during the clinical testing, Ehrlich was accused of "stopping at nothing." In 1914, one of the most prominent accusers was convicted of criminal libel at a trial for which Ehrlich was called to testify. Though Ehrlich was thereby exonerated, the ordeal threw him into a depression from which he never fully recovered.

Волшебная пуля.

Эрлих полагал, что если создать соединение, избирательно воздействующее на болезнетворный организм, то вместе с этим соединением можно будет доставить и токсин, направленный против этого организма. Таким образом, будет создана "волшебная пуля" (Zauberkugel, его термин для идеального терапевтического средства), уничтожающая исключительно целевой организм. Концепция "волшебной пули" в определенной степени реализовалась благодаря разработке конъюгатов антител с лекарственными препаратами (моноклонального антитела, соединенного с цитотоксическим биологически активным веществом), поскольку они обеспечивают избирательную доставку цитотоксических препаратов к их целевым объектам (например, раковым клеткам).

Наследие

В 1910 году во Франкфурте-Саксенхаузен в честь Эрлиха была названа улица. В нацистской Германии достижения Эрлиха игнорировались, а Эмиль Адольф фон Беринг был представлен как идеальный арийский ученый, и улице, названной в честь Эрлиха, дали другое имя. Вскоре после окончания войны название Paul Ehrlich Strasse было восстановлено, и сегодня многие немецкие города имеют улицы, названные в честь Пола Эрлиха. В 1954 году, к 100-летию со дня рождения Пола Эрлиха (14 марта 1854 года) и Эмиля фон Беринга (15 марта 1854 года), Западная Германия выпустила почтовую марку. На банкноте в 200 немецких марок, выпущенной до 2001 года, был изображен Пол Эрлих. Немецкий институт Пола Эрлиха, преемник Института сывороточных исследований и контроля Штеглица и Франкфуртского королевского института экспериментальной терапии, был назван в 1947 году в честь своего первого директора, Пола Эрлиха. Его имя носят многие школы и аптеки, Paul Ehrlich Gesellschaft für Chemotherapie e. V. (PEG) во Франкфурте-на-Майне и Paul Ehrlich Klinik в Бад-Хомбурге vor der Höhe. Премия Пола Эрлиха и Людвига Дармштедтера – самая престижная немецкая награда в области биомедицинских исследований. Европейская сеть докторантуры по медицинской химии носит его имя (Paul Ehrlich MedChem Euro PhD Network). Лига против диффамации вручает премию за права человека имени Пола Эрлиха и Гюнтера К. Шверина. В 1970 году кратер на Луне был назван в честь Пола Эрлиха. Жизнь и работа Эрлиха были показаны в американском фильме 1940 года «Волшебная пуля доктора Эрлиха» с Эдвардом Г. Робинсоном в главной роли. Фильм был посвящен Сальварсану (арсфенамину, «соединение 606»), его средству от сифилиса. Поскольку нацистское правительство выступало против этой дани уважения еврейскому ученому, предпринимались попытки сохранить фильм в тайне в Германии. Фильм был номинирован на премию «Оскар» за лучший оригинальный сценарий.