人类最伟大的发明——青霉素的曲折发现历史

医药生


文|医学空间


没有弗莱明,不会有钱恩;没有钱恩,不会有弗洛里;没有弗洛里,不会有希特利;没有希特利,就不会有盘尼西林——这就是青霉素的诞生史。


青霉素的发现的确是个好事,首先某些以前的不治之症如肺结核等被彻底消灭,此外整个人类的生命因此得到了延长。再则弗莱明因此与钱恩和弗洛里共同分享了 1945 年诺贝尔医学生理奖(注:没有希特林)——一切皆大欢喜。


只是青霉素的发现过程,真心没那么简单。


霉素的诞生,青霉素可特别了不起。这种药一旦被发明出来,人类历史上几百万年从来不可能治愈的疾病,比如是很严重的外伤,马上就有得治了,因为青霉素的发明。仅仅是一种药,整个人类的寿命从 45 岁提高到 60 岁。所以这是人类医学史上,甚至是整个科技史上造福全体最大的一个发明。


01 青霉素的抑菌和杀菌作用


1928 年亚历山大·弗莱明(Alexander Fleming, 1881~1955)发现青霉素是微生物学研究中偶然性作用的经典事例。


那是在 1928 年的夏天,那段时间弗莱明正在专心撰写一篇有关葡萄球菌的回顾论文,出于需要所以在实验室里培养大量的金黄色葡萄球菌(S. aureus),七月下旬的某一天不知什么原因一个霉菌孢子恰好掉进了培养皿中,恰好当时的弗莱明不在——人家乡下度假了。


当 9 月 3 日他返回实验室的时候才发现培养:角落长了一块青霉菌,仔细观察后,他发现周围居然没有细菌滋长,聪明的弗莱明马上意识到这个霉菌肯定不一般,于是他将污染的东西进行培养最终发现这就是青霉菌,而它所释放出一种物质可以杀死很多致病菌。弗莱明给这种物质取名为:青霉素。随后弗莱明把这个现象发表在 1929 年 2 月 13 日的英国《实验病理学杂志》上。


这个小故事您肯定看过不止一万次,不过您或许不知道当时这本杂志的编辑之一正是弗洛里。


文章发表后并没有引起很大的反响。而弗莱明本人在后续的研究中也发现:


①培养青霉菌真TM难。

②即使培养成功,后续的分离提纯更难。

③即使分离成功青霉素在在人体内的作用时间或许不足以杀死细菌……


以上种种原因让他觉得:我靠,白瞎了,谁他妈爱玩自己玩去,老子不玩啦!1935 年弗莱明终于放弃进行深入的研究转而钻研磺胺,不过那株青霉菌却幸运的被弗莱明连续传代了 12 年。


如果说是弗莱明推开了一条门缝,那一定是弗洛里把那扇门彻底打开。因为在以后的日子里这三个问题都会被在后者的带领下一一解决。


02 神奇的黄色粉末


人类大规模的使用青霉素是什么时候?第二次世界大战的时候,那至少是 1939 年之后,也就是说从 1928 年发现这个东西到真正使用中间差着这几年呢。这十几年干什么了?


青霉素真正被运用于临床治疗是 20 世纪 40 年代的事了,这完全得益于牛津大学病理学家弗洛里(Howard Walter Florey, 1898~1968)和生物化学家钱恩(ErnstBoris Chain,1906~1979)的工作。



二战时的海报,因为有了青霉素,士兵可以活着回家了。    


弗洛里 1898 年出生于澳大利亚,1921 年前往牛津大学读书,后在牛津大学担任病理学教授。他在 1938~1939 年对已知的由微生物产生的抗生物质进行了系统的研究。弗莱明发现的青霉素是最引起他注意的物质之一。


弗洛里花了大量的精力,招聘了一堆女孩儿给极低的工资,就靠这些女孩培养霉菌,当时牛津大学,你要是那个时候穿越回去看,没法看,所有能够装水的地方,甭管是一个烧杯还是浴缸全部在培养青霉菌,这些女孩被称之为叫青霉女孩,她们拼命试拼命试,至少证明一点青霉素是有效的,但是刚才我们讲的剂量问题仍然没有解决。


人类非常有幸第二个巧遇和神秘时刻,很快就到来。有一天佛罗里手下一个研究员在水果市场上买水果,发现一只在角落里的哈密瓜,长满了霉菌,就是已经发霉了,没法吃了,但是这个实验员一看这个哈密瓜上的霉菌骨骼清奇,望之不似池中之物长得很奇怪,跑到实验室。


一做实验发现,果然这种青霉的菌种可以把剂量提高两千多倍,这是一个多么幸运的时刻,当然不止这个人,当时美国人也参与进来,美国的那些大的制药公司也参与进来,就这样从一到两千多倍,到几万倍几十万倍,这样一点一点的提高。


1939 年,他和德裔生物化学家钱恩决定对青霉菌培养物中的活性物质——青霉素进行提取和纯化,经过 18 个月的艰苦努力,他们终于得到了 100mg 纯度可满足人体肌肉注射的黄色粉末状的青霉素。


他们发现,加入 100 万倍溶剂配制成的青霉素溶剂,就可以阻止老鼠身上链球菌的生长。接着他们进行了人体实验,开始情况不错,但病人体内的细菌尚未完全消灭前,他们提炼的青霉素却已经用完了,虽然病人最终不治身亡,但青霉素的有效却已得到了充分的证明。


1940 年春天,他们又进行多次动物感染实验,结果都非常令人满意。于是同年 8 月,钱恩和弗洛里等人把对青霉素的重新研究的全部成果都刊登在著名的《柳叶刀》杂志上。


03 青霉素的曲折命运


青霉素再次发现之后,它的命运仍十分坎坷。牛津大学不仅拒绝为钱恩申请青霉素的专利保护,而且还拒绝了钱恩组建试验工厂以进一步探索工业化生产青霉素条件的要求。弗洛里等人四处奔波,希望英国的药厂能大量投产这一大有前途的新药,遗憾的是多数药厂都借口战时困难而置之不理。最后,他们带着满身的疲惫和残存的希望,远涉重洋,来到了美国。


在这片美洲大陆上,弗洛里和钱恩惊喜地发现,早在他们研究青霉素结构的同时,美国就已经大规模地开展了该项研究。参加该项计划的有大约200 多名化学家,他们有的来自研究机构,也有的来自工厂企业。


在牛津的工作者处境则极为困难,他们手中只有2克青霉素,其中1.5g纯度只有50%。而在美国的一个研究小组——Merck 小组就拥有几百克的结晶青霉素。在美国,弗洛里等人终于得到了自己需要的帮助。


青霉素应用之初,不仅一般人对它表示怀疑,就连多数医务工作者也不相信它的药效。直到1944年,英美联军在诺曼底登陆,开辟了第 2战场,开始大规模地同德国法西斯作战,受伤的士兵越来越多,对抗菌药物的需要也越来越迫切,青霉素在医治伤员时显示了极大的威力。


活生生的事实使得医护人员不得不对青霉素刮目相看。更重要的是,青霉素在治疗战伤方面的奇妙作用,引起了军事指挥人员的关注。一位陆军少将由衷地称赞道,青霉素是治疗战伤的一座里程碑。


在军方的大力支持下,青霉素开始走上了工业化生产的道路。


到1942年6月,库存青霉素已经能够治疗10个病人了。到1943年,已经能够提供给军队使用了,到秋天,已经能够在战区使用,但成本还是很高,20美元一个剂量,因此只能给有生命危险的伤员使用。1943年,军方占用了青霉素产量的85%,为2310亿单位,到1944年,产量达到16330亿单位,在诺曼底登陆时,盟军有3000亿单位、10万剂量青霉素的储备,1945年青霉素产量达到79520亿单位,1946年每剂成本只有55美分。


1944年1月,樊庆笙(如图)乘坐美国的运输船历经艰辛于当年7月到达印度,又经驼峰航线飞到了昆明。樊庆笙回国时,随身带着三支盘尼西林菌种,这在当时比黄金还贵重(据说该菌种当时受到少数国家的严格封锁,真正的金不换。),他要用它造福祖国人民。后在汤飞凡的协助下,1944年年底,第一批中国造 5万单位/瓶的盘尼西林面世。


04 抗生素史上的重要里程碑


青霉素的发现标志着抗生素纪元即化学治疗的黄金时代的开始。青霉素大量应用以后,许多曾经严重危害人类的疾病,那些曾是不治之症的猩红热、化脓性咽喉炎、白喉、梅毒、淋病、以及各种结核病、败血病、肺炎、伤寒等,都受到了有效的抑制。


青霉素奇迹般的疗效,开启了利用抗菌物质杀灭人体内致病菌的新思路。青霉素的发现促使科学家们在世界各地到处寻找新的抗菌物质。


1943年,俄国出生的生化学家瓦克斯曼博士发现另一种有效的抗生素——链霉素。这是一种由生长在土壤里的放线菌所产生的物质,它可以有效地治疗包括肺结核在内的一些疾病。此后的短短20余年内。人们又陆续地发现了氯霉素、金霉素等数十种各有功效的抗生素。


抗生素的广泛应用,不仅充分地展示了它神奇的功效,同时,也尖锐地暴露出它的问题。在全世界应用青霉素总数超过亿剂后,出现了第一起由青霉素引发的死亡报告。后来,人们发现,多达 10%的人对青霉素有过敏反应,而且某些细菌也逐渐对青霉素产生了耐药性。


尽管如此,青霉素的发现和成功应用仍然是划时代的成就,它为使用抗生素治疗传染病开辟了道路。为此,弗莱明、弗洛里和钱恩三人一起分享了1945年的诺贝尔生理学或医学奖。


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