Od przypadkowego odkrycia do leku, który zmienił medycynę

Obserwacja i pierwszy pacjent

W lutym 1941 roku do szpitala Radcliffe Infirmary w Oksfordzie trafił czterdziestotrzyletni policjant Albert Alexander. Miał ciężkie zakażenie, które objęło twarz i inne części ciała. Lekarze próbowali dostępnych metod, lecz jego stan pozostawał dramatyczny. W tym samym mieście niewielki zespół badaczy od miesięcy pracował nad substancją, która w laboratorium potrafiła zabijać bakterie. Nie było jeszcze pewności, czy uda się nią bezpiecznie leczyć ludzi. Alexander miał jednak niewiele innych możliwości.

12 lutego rozpoczęto podawanie mu penicyliny. W kolejnych dniach gorączka opadła, a zakażenie zaczęło się cofać. Wyglądało to tak, jakby naukowcy znaleźli wreszcie odpowiedź na problem, wobec którego medycyna przez stulecia pozostawała niemal bezradna. Wkrótce jednak okazało się, że skuteczny lek to nie wszystko. Trzeba jeszcze mieć go wystarczająco dużo.

Historia penicyliny zwykle zaczyna się od Alexandra Fleminga i zapomnianej płytki laboratoryjnej. To dobra scena do podręcznika, lecz bardzo niepełna opowieść o tym, jak świat naprawdę się zmienia. Pomiędzy odkryciem w 1928 roku a powszechnym stosowaniem antybiotyku upłynęło kilkanaście lat pełnych nieudanych prób, pracy chemików, improwizowanych urządzeń i decyzji podejmowanych w realiach wojny.

Fleming pracował w londyńskim St Mary's Hospital nad bakteriami, między innymi gronkowcami. Na jednej z jego hodowli pojawiła się pleśń, która normalnie oznaczałaby tylko zanieczyszczone doświadczenie. Zauważył jednak, że wokół niej bakterie nie rosły. Grzyb wytwarzał substancję zdolną hamować ich rozwój. Fleming nazwał ją penicyliną i opublikował wyniki w 1929 roku.

Dziś łatwo sobie wyobrazić, że świat powinien był natychmiast dostrzec wagę tego odkrycia. Tymczasem substancja była niestabilna, trudna do oczyszczenia i uzyskiwana w bardzo małych ilościach. Co innego zobaczyć zahamowanie wzrostu bakterii na płytce, a co innego otrzymać preparat nadający się do podania choremu człowiekowi. Fleming miał obiecującą obserwację, nie gotowe lekarstwo.

Różnica była wówczas szczególnie bolesna. Przed erą skutecznych antybiotyków zapalenie płuc, zakażenie po porodzie czy infekcja rozwijająca się w ranie mogły zabić nawet młodego, wcześniej zdrowego człowieka. Chirurg znał anatomię, potrafił oczyścić ranę i rozpoznać zakażenie, ale często nie miał sposobu, żeby zatrzymać bakterie, gdy zdążyły przedostać się w głąb organizmu.

Podczas pierwszej wojny światowej Fleming widział żołnierzy, którzy przeżywali obrażenia od pocisku lub odłamka, a mimo to później umierali z powodu zakażeń. Lekarze mogli próbować środków odkażających i zabiegów chirurgicznych, niekiedy amputacji. Sama wiedza o przyczynie choroby nie dawała jeszcze możliwości jej opanowania.

Od laboratorium do produkcji

Pod koniec lat trzydziestych do zagadnienia wrócił zespół Howarda Floreya na Uniwersytecie Oksfordzkim. Ernst Chain zainteresował się wcześniejszymi publikacjami na temat substancji przeciwbakteryjnych, a Norman Heatley wniósł ogromny wkład w opracowywanie metod ich uzyskiwania i oczyszczania. Badacze nie musieli odkrywać właściwości pleśni od początku. Musieli rozwiązać problem, na którym zatrzymał się Fleming: zmienić laboratoryjne zjawisko w powtarzalną metodę leczenia.

Praca wyglądała znacznie mniej romantycznie niż scena przypadkowego odkrycia. Potrzebne były odpowiednie kultury pleśni, sposób wydobywania z nich substancji, kontrola czystości, ustalenie dawki i sprawdzenie bezpieczeństwa. W 1940 roku badacze przetestowali penicylinę na myszach zakażonych groźnymi bakteriami. Zwierzęta, które dostały lek, przeżywały częściej niż te, których nim nie leczono. Wynik wskazywał, że działanie zaobserwowane na płytce może mieć znaczenie również w żywym organizmie.

Aby przejść do prób u ludzi, potrzebowano jednak znacznie więcej penicyliny. Oksfordzkie laboratorium zamieniło się w niewielką fabrykę. Hodowle rosły w improwizowanych naczyniach; korzystano z pojemników, które z dzisiejszej perspektywy trudno skojarzyć z produkcją leków. W muzealnych zbiorach zachowały się naczynia przypominające miski, puszki, a nawet szpitalne baseny. Dzięki takim rozwiązaniom udało się zgromadzić zapas wystarczający do rozpoczęcia leczenia pierwszych pacjentów.

Jednym z nich był Albert Alexander. Gdy po podaniu penicyliny zaczął zdrowieć, lekarze zyskali mocny argument, że substancja rzeczywiście działa. Zapasy leku szybko się jednak wyczerpywały. Naukowcy próbowali odzyskiwać penicylinę z moczu pacjenta, ponieważ znaczna część podanej substancji była wydalana przez nerki. Ten desperacki sposób oszczędzania preparatu nie wystarczył. Leczenie przerwano, zakażenie ponownie się nasiliło, a Alexander zmarł w marcu 1941 roku.

Nie był to dowód nieskuteczności penicyliny. Było to świadectwo, że problem badawczy stał się problemem produkcyjnym. Żeby nowy lek mógł zmieniać życie ludzi, należało wytwarzać go nie w pojedynczych porcjach, ale w ilościach wystarczających dla całych szpitali.

W Wielkiej Brytanii trwała wojna, a przemysł był obciążony innymi zadaniami. Florey i Heatley szukali więc wsparcia za Atlantykiem. W Stanach Zjednoczonych do projektu włączyły się laboratoria, firmy farmaceutyczne i instytucje rządowe. Poszukiwano wydajniejszych szczepów pleśni, ulepszano pożywki i rozwijano metody hodowli w głębokich, napowietrzanych zbiornikach fermentacyjnych. Z czasem można było otrzymywać więcej substancji w znacznie bardziej kontrolowanych warunkach.

Jedna ze słynnych historii z tego okresu dotyczy spleśniałego melona znalezionego na targu w Peorii w Illinois. Wyizolowany z niego szczep okazał się bardzo przydatny w dalszych pracach nad wydajnością produkcji. Nie był to magiczny owoc, który sam rozwiązał wszystkie trudności. Jego znaczenie ujawniło się dopiero w połączeniu z selekcją szczepów, pracą mikrobiologów i rozwojem przemysłowej fermentacji.

W ciągu kilku lat coś, co na początku wojny było materiałem tak cennym, że odzyskiwano je z moczu pacjentów, zaczęto produkować na skalę przemysłową. W 1944 roku penicylina była już istotnym elementem wojennej medycyny aliantów. Zwiększała możliwości leczenia zakażeń, które podczas wcześniejszych konfliktów mogły prowadzić do trwałego kalectwa albo śmierci. Po wojnie coraz szerzej trafiała do szpitali cywilnych, a z czasem dołączyły do niej inne grupy antybiotyków.

Sukces i jego konsekwencje

Wpływ tych leków wykraczał daleko poza leczenie jednej choroby. Bez możliwości kontrolowania zakażeń znacznie trudniej byłoby rozwijać skomplikowaną chirurgię, leczenie nowotworów, transplantologię czy opiekę nad wcześniakami. Antybiotyki stały się jednym z niewidzialnych fundamentów współczesnej medycyny. Tak powszechnym, że łatwo zapomnieć, jak długo ich nie było.

Z czasem sukces stworzył kolejny problem. Bakterie ewoluują, a stosowanie antybiotyków wywiera presję selekcyjną: drobnoustroje wrażliwe giną lub przestają się namnażać, natomiast te posiadające cechy pozwalające przetrwać mogą zyskiwać przewagę. Antybiotykooporność nie oznacza, że ludzkie ciało przyzwyczaiło się do leku. To zmiany zachodzące w populacjach bakterii sprawiają, że niektóre terapie przestają działać.

Fleming dostrzegał to ryzyko wcześnie. W wykładzie noblowskim w 1945 roku ostrzegał przed niewłaściwym dawkowaniem penicyliny i możliwością selekcji opornych drobnoustrojów. Dziś lekarze na całym świecie zmagają się z zakażeniami wywoływanymi przez bakterie odporne na wiele dostępnych leków. Odkrycie antybiotyków dało ludzkości ogromną przewagę, ale nie zakończyło biologicznego wyścigu.

W opowieści o penicylinie najciekawsze może być jednak to, jak mało przypomina ona popularny mit przełomu. Fleming dostrzegł coś, co inni mogli przeoczyć. Chain, Florey, Heatley i ich współpracownicy znaleźli sposób, by tę obserwację rozwinąć. Przemysł i instytucje publiczne umożliwiły produkcję na skalę, która odmieniła leczenie zakażeń. Bez któregokolwiek z tych etapów wynalazek mógłby przez długi czas pozostać ciekawostką.

Kiedy słyszymy dziś o przełomowym odkryciu — w medycynie, energetyce czy sztucznej inteligencji — łatwo skupić się na chwili olśnienia. Historia penicyliny przypomina, że między obiecującą ideą a zmianą codziennego życia milionów ludzi rozciąga się zazwyczaj długa, żmudna praca. I że właśnie ona bywa najważniejszą częścią rewolucji.