Александр Флеминг
#история микробиологии
Александр Флеминг родился 6 августа 1881 года в Шотландии.
До двенадцати лет Флеминг учился в сельской школе, а затем ещё два года в академии Килмарно. В четырнадцать лет он переехал к своим братьям в Лондон, где начал работать клерком в офисе доставки, а также посещать занятия в Королевском Политехническом институте. Его старший брат Томас уже работал врачом-офтальмологом и, последовав его примеру, Александр также решил изучать медицину. В то время у него не было сильного пристрастия к какой-либо конкретной области медицинской практики, но его работы по хирургии показали, что он мог бы быть выдающимся хирургом. Тем не менее, жизнь направила его по другому пути, связанному с «лабораторной медициной».
Будучи студентом, он попал под влияние профессора патологии Алмрота Райта, известного бактериолога, горячего приверженца иммунизации как основного метода борьбы с инфекционными заболеваниями. Райт, будучи на военно-медицинской службе, разработал вакцину против брюшного тифа, но у него были ещё и другие идеи лечения пациентов, уже страдающих от бактериальных инфекций, например, стимулированием их организма на немедленный ответ инфекциям выработкой антител. Он пытался измерять количество антител в крови пациента. Это требовало новых методов и значительного труда, поэтому Флеминг был приглашён, как только он получил учёную степень в 1906 году. Попав таким образом в исследовательскую лабораторию при больнице Св.Марии, Флеминг проработал там до самой смерти пятьюдесятью годами спустя.
Во время Первой мировой войны Флеминг служил капитаном медицинской службы и как многие его коллеги работал в госпиталях на поле боя на западном фронте во Франции. В 1918 году Флеминг вернулся в госпиталь Святой Марии, где он был избран профессором бактериологии в 1928 году. За период своих исследований Флеминг внёс значительный вклад в развитие медицины, поскольку, как и его начальник Райт, он постоянно пытался изучить что-то новое. Так, в первые годы после войны, Флеминг усовершенствовал диагностику сифилиса, его методики позволили провести тест с 0,5 мл крови пациента, взятых из пальца, вместо 5 мл, которые ранее нужно было брать из вены. Очень скоро Райт заинтересовался открытием Эрлиха целебных свойств диоксидиаминоарсенобензина дигидрохлорида, известного больше как «Сальварсан» или «препарат № 606». Инъекция препарата должна была осуществляться в вену, а в то время с этим были связаны некоторые трудности. Флемингу удалось справиться с этой проблемой, и в одном из первых докладов он рассказал о технике и результатах, полученных в результате работы с 46 пациентами.
Во время Первой мировой войны стало очевидно, что бактериальная инфекция глубоких ран погубит очень много жизней и лишит огромное количество людей их конечностей. Флеминг уже тогда полагал, что кроме иммунизации должны существовать и другие методы борьбы с инфекцией. К Райту обратились с просьбой создать лабораторию по изучению раневых инфекций во Франции и он взял с собой Флеминга. Эта лаборатория оказалась первой исследовательской медицинской лабораторией военного времени, она располагалась в здании казино в Булони. В начале 1915 года Флеминг сообщил об обнаружении в ранах большого количества видов микробов, некоторые из которых были ещё совсем неизвестны большинству бактериологов того времени, также он указал, что в ранах преобладали стрептококки. Оказалось, что многие из раневых инфекций были вызваны микробами, присутствующими на фрагментах одежды и в грязи и попадавшими глубоко в организм при ранениях.
Наблюдения за ранами привели ещё к одному важному заключению о том, что применение антисептиков в течение нескольких часов после ранения не полностью уничтожает бактериальные инфекции, хотя многие хирурги считали именно так. Райту и Флемингу пришлось провести много месяцев в напряжённой работе по исследованию данного вопроса, чтобы убедить хирургов в своей правоте. Им удалось показать, что, во-первых, антисептики не достигали всех микробов, потому что очень часто последние проникали глубоко в ткани костей, хрящей и мышц, и, во-вторых, антибактериальная активность используемого раствора очень быстро уменьшалась при взаимодействии с белковыми и клеточными элементами лимфы, гноя, крови и окружающих рану тканей; раствор, таким образом, уничтожал лейкоциты пациентов, которые в естественных условиях эффективно защищают их организм. Работа, на которой основаны эти два важнейших вывода, почти полностью принадлежала Райту, но Флеминг, который помогал в работе, внёс ценный вклад в решение технических проблем. Именно он провёл опыты из которых стало очевидно, что антисептикам не удавалось достичь глубоких участков ран и приводить к гибели там микробов.
Другим простым устройством, которое Флемингу удалось применить при исследованиях антисептиков, являлось покрытие жидких культур организмов разжиженным вазелином. Рост культур приводил к образованию газов и поднятию вазелина в колонке, изменение объёма давало приблизительное представление о росте культур. С помощью этого метода можно было легко продемонстрировать, что активность многих антисептиков значительно уменьшалась в белковых жидкостях, таких как сыворотка крови. Также удивительным оказалось то, что при определённых концентрациях антисептиков (в том числе карболовой кислоты, йода, хлорноватистой кислоты, гипохлорита натрия и хлорамина) бактериальный рост даже возрастал. Используя это же устройство, Флемингу также удалось продемонстрировать, что клостридии, возбудители гангрены, дали гораздо более обильную культуру при выращивании совместно с аэробными организмами из ран, такими как стафилококки и стрептококки.
Удалось выявить ещё один аспект «антисептической проблемы» когда Райт и Флеминг перенесли своё внимание на антибактериальное воздействие лейкоцитов в инфицированной ране. Они обнаружили, что при благоприятных условиях, лейкоциты гноя и крови могли уничтожать очень большое количество стафилококков и стрептококков, а под влиянием антисептиков этот эффект часто уменьшался. Флеминг предложил простой опыт: сперва он прикладывал стеклянную пластинку к ране, а затем на неё сразу же наносил агар-агар. Он провёл несколько таких опытов на ранах с разной степенью промывки антисептиком и убедился, что антисептики уничтожали много лейкоцитов, которые так необходимы для предотвращения размножения микробов.
Убедительное опытное подтверждение заключений Флеминга было проведено им после войны с использованием техники «слайд-ячеек». Методика позволила легко показать, что при попадании микробов в кровь лейкоциты оказывают очень сильное бактерицидное действие, а при добавлении антисептиков эффект значительно снижается или полностью нивелируется. Описание исследований Флеминга по раневым инфекциям было изложено в его лекции в Королевском колледже хирургов в 1919 году и в его же сообщении «Сравнение деятельности антисептиков на бактерии и лейкоциты» в Королевском обществе в 1924 году.
Долгие размышления Флеминга на тему физиологических механизмов защиты ран при попадании инфекции привели его в 1922 году к открытию фермента, содержащегося в носовых выделениях, который он назвал «лизоцим». В Королевском обществе Флеминг рассказал, как он ежедневно выделял культуры из носовых выделений пациента (на самом деле его собственных) в ходе «простуды». Первые четыре дня почти ничего не появлялось, но в последний день возникло «большое количество мелких колоний, которые оказались грам-положительными кокками, которые распределялись нерегулярно, но с тенденцией к диплококковой и тетрадной формации». С помощью Райта ему впоследствии удалось открыть микроорганизм, который ранее не был известен, и названный им Micrococcus lysodeicticus.
До сих пор не совсем ясно, что заставило Флеминга исследовать носовую слизь и обнаружить вещество, которое оказывает мощное литическое действие на микробов. Вероятно, на некоторых участках чашек с питательными средами, где присутствовали частицы слизи, подавлялся или предотвращался рост микрококков. Видимо он предполагал это и его предположение подтвердилось, когда он приготовил суспензию из микробов из свежей культуры и добавил к ней каплю разбавленной носовой слизи. К его удивлению суспензия стала совершенно прозрачной уже через минуту или две. Последующие эксперименты показали, что подобный эффект "растворения" микробов может быть продемонстрирован и с человеческими слезами, мокротой, слюной, с экстрактами многих тканей человеческого тела, а также с яичным белком и другими животными и растительными тканями.
Как ни странно, ни один другой микроб не растворялся также хорошо, как Micrococcus lysodeicticus, хотя многие другие микробы, являющиеся возбудителями заболеваний человека, также подвергались воздействию, но только в меньшей степени. Был сделан очень важный вывод о том, что фермент лизоцим может быть получен из человеческих лейкоцитов. Бактерицидное действие лейкоцитов, полученных из человеческой крови, возможно, были связаны с действием этого фермента. В целом открытие лизоцима, возможно, не было огромным научным подвигом, но следует помнить, что сотни бактериологов во всем мире изучали носовые выделения в течение многих лет в надежде найти организмы, ответственные за «простуду», но ни одному из них не удалось открыть этот фермент, поэтому открытие лизоцима, несомненно, стало важным этапом в развитии иммунологии.
В 1928 году Флеминг исследовал свойства стафилококков. Он уже был известен своими ранними работами и получил репутацию блестящего исследователя, но при этом его лаборатория часто оставалась плохо убранной и неряшливой. В отличие от своих коллег, очищавших чашки с бактериальными культурами после окончания работы с ними, Флеминг не выбрасывал культуры по 2-3 недели. Он оставил, ставшую впоследствии знаменитой, чашку на лабораторном столе и уехал отдыхать. 3 сентября 1928 года Флеминг вернулся в свою лабораторию, проведя август со своей семьёй. Перед отъездом он оставил все свои культуры стафилококков на столе в углу его лаборатории. Вернувшись, Флеминг заметил, что на одной чашке с культурами появились плесневые грибы, и что присутствовавшие там колонии стафилококков были уничтожены, в то время как другие колонии сохранились. Флеминг показал плесневые культуры своему бывшему помощнику Мерлину Прайсу, который сказал: «Вот так же вы и открыли лизоцим». Флеминг отнёс плесень, выросшую на чашках с его культурами, к роду Penicillium, и спустя несколько месяцев 7 марта 1929 года назвал выделенное вещество пенициллином.
«Когда я проснулся на рассвете 28 сентября 1928 года, я, конечно, не планировал революцию в медицине своим открытием первого в мире антибиотика, но полагаю, что именно это я и сделал.»
Флеминг исследовал положительное антибактериальное воздействие пенициллина на множество организмов, и заметил, что он воздействует на такие бактерии, как стафилококки и многие другие грамположительные возбудители, которые вызывают скарлатину, пневмонию, менингит и дифтерию, но не помогает от таких заболеваний как брюшной тиф или паратиф, возбудителями которых являются грам-отрицательные бактерии. Тем не менее, он также действовал на Neisseria gonorrhoeae, которая вызывает гонорею, хотя эти бактерии и являются грам-отрицательными.
Флеминг не был химиком, поэтому не был в состоянии извлечь и очистить активное вещество, чтобы использовать пенициллин в качестве терапевтического средства, но мысли об этом не покидали его. Он писал: «Пенициллин при взаимодействии с чувствительными микробами имеет некоторые преимущества над известными химическими антисептиками. Хороший образец полностью уничтожит стафилококков, пиогенных стрептококков и пневмококков даже при разведении 1 к 800. Он является более мощным ингибиторным агентом, чем карболовая кислота, и может быть применён к контаминированным поверхностям и в неразбавленном состоянии, не вызывая раздражения и интоксикации. Даже при разведении в 800 раз он обладает более сильным действием, чем другие антисептики. Эксперименты, связанные с лечением гнойных инфекций подтвердили, что это открытие действительно привело к прогрессу в медицине.»
Следует отметить, что в это время Флеминг имел в виду только местное применение пенициллина, он и представить не мог, что «он может циркулировать в крови и жидкостях организма в достаточном количестве, чтобы уничтожить чувствительные к нему бактерии в сочетании с естественной защитой тела без нанесения вреда другим тканям». Флеминг также показал как даже неочищенный фильтрат, содержащий пенициллин может быть использован в бактериологии как средство подавления роста нежелательных микробов в определённых культурах, например, возбудителя коклюша B. pertussis.
Флеминг опубликовал своё открытие в 1929 году в Британском журнале Экспериментальной Патологии, но его статье было уделено мало внимания. Он продолжал свои исследования, но обнаружил, что работать с пенициллиновой плесенью было очень трудно, так как после того, как плесень вырастала, было сложно выделить сам пенициллин. Производство пенициллина оказалось довольно медленным и Флеминг опасался, что по этой причине пенициллин не будет иметь серьезное значение при лечении инфекций. Он также убедился, что пенициллин не может существовать в теле человека (в естественных условиях) настолько долго, чтобы быть способным эффективно убивать бактерии. Многие клинические испытания оказались безрезультатными, вероятно, потому, что пенициллин был использован в качестве поверхностного антисептика. До 1940-го годах Флеминг продолжал свои опыты, пытаясь разработать методику быстрого выделения пенициллина, которую можно было бы использовать в дальнейшем для более масштабного применения.
В дальнейшем, работами по очистке и выделению пенициллина занимались Э.Чейн и Г.Флори в Оксфорде в 1940 году. Экстракцией эфиром им удалось выделить достаточно чистый материал для предварительных испытаний его антибактериальной эффективности на лабораторных животных, заражённых вирулентными стафилококками и стрептококками. Опыты были удивительно успешными и в результате были получены более стабильные образцы пенициллина и удалены излишние примеси.
Выводы Флеминга о нетоксичности пенициллина для лабораторных животных и человеческих лейкоцитов были подтверждены и расширены, и уже в 1941 году получены положительные результаты по лечению нескольких тяжёлых инфекций человека. Сразу же последовали и другие удовлетворительные результаты по лечению этим антибиотиком, таким образом пенициллину было суждено занять уникальное место среди эффективных средств против человеческих болезней. Остеомиелит и стафилококковая септицемия, родильная горячка и другие инвазивные стрептококковые инфекции, пневмония, инфекции ран и ожогов, газовой гангрены, сифилис и гонорея — лечение всех этих заболеваний было очень успешным.
Случайное открытие Флеминга и выделение пенициллина в сентябре 1928 года ознаменовало начало эры современных антибиотиков. Флеминг рассказывал об использовании пенициллина в его многочисленных выступлениях по всему миру. Он предупреждал, что не стоит использовать пенициллин, пока заболевание не будет диагностировано, а если антибиотик всё-таки необходим, то нельзя использовать пенициллин в течение короткого времени и в совсем малых количествах, поскольку при этих условиях у бактерий развивается устойчивость к антибиотикам.
Флеминг, Флори и Чейн вместе получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1945 году. В оставшиеся десять лет жизни ученый был удостоен двадцати пяти почетных степеней, двадцати шести медалей, восемнадцати премий, тринадцати наград и почетного членства в восьмидесяти девяти академиях наук и научных обществах, а в 1944 году Флеминг был возведен в рыцарское достоинство. В 1928–1946 он работал профессором микробиологии Лондонского университета, в 1947 возглавил созданный при больнице Св. Марии Институт Райта – Флеминга, в 1951–1954 был ректором Эдинбургского университета. Флеминг умер в 1955 году в своём доме в Лондоне от сердечного приступа. Он был кремирован и его прах захоронили в соборе святого Павла.
Открытие Флемингом пенициллина изменило мир современной медицины, позволило создать ряд жизненно необходимых антибиотиков. По некоторым оценкам, с помощью этого открытия были спасены около 200 миллионов жизней.
