从年英国细菌学家弗莱明发现青霉素至今,人类疾病治疗的手段发生着飞速的变化。作为第一个投入商业应用的抗生素——青霉素从其诞生之日起,就不断地改写着人类的历史。
1微生物学的蓬勃发展
年,荷兰显微镜学家列文虎克(AntonivonLeeuwenhoek,~)用自制的、当时分辨率最高的显微镜进行了广泛观察。由此,人类对自然的探索进入了由种种活着的“微小动物”组成的微生物世界。到了19世纪中叶,法国微生物学家巴斯德(LouisPasteur,~)揭示了酿酒变酸的原因是乳酸杆菌的乳酸发酵所引起的,这标志着近代微生物学研究阶段的开始。而德国医生科赫(RobertKoch,~)根据自己分离致病菌的经验,总结出了著名的“科赫法则”。在这个原则的指导下,19世纪70年代至20世纪20年代成了发现病原菌的黄金时代。继巴斯德与科赫的研究工作后,微生物的研究出现了横向扩展,细菌学、消毒外科学、免疫学、土壤微生物学、病毒学、植物病理学和真菌学、酿造学等一系列微生物的分支学科相继创立。
2微生物间拮抗现象的发现
从19世纪70年代起,微生物间的拮抗现象被各国学者陆续发现并报道。年罗伯茨(WilliamRobert)在英国《皇家学会会报》上首次发表拮抗现象的报道。他记载了真菌的生长常常抑制细菌的生长。这一观察还专门谈到一种青霉菌对细菌生长的影响,可惜在当时没有引起人们的注意。年,廷德尔(Tyndall)报道了青霉菌溶解细菌的现象,并指出在霉菌和细菌为生存而进行的竞争中,霉菌通常是胜利者。年巴斯德(Pasteur)和朱伯特(Joubert)首先进行了初步治疗的尝试。他们发现,给动物接种无害细菌,结果抑制了炭疽病状的发生并报道了微生物之间的拮抗现象。年,巴比斯(Babes)和科尼尔(Cornil)研究细菌彼此之间的相互作用,并采用了交叉划线技术。加雷(Garre)在年利用这一技术发现铜绿假单胞菌会产生一种特殊的能扩散的物质,能够抑制包括葡萄球菌在内的多种细菌的生长。其后在19世纪80年代后期和90年代涌现了许多研究这种微生物的抗菌活性的论文,其中最有名的是埃默里奇(Emmerich)和洛(O.Low)在年发表的论文。他们利用铜绿假单胞菌的无细胞提取物局部治疗伤口感染,并取得了较好的效果。到20世纪初人们已经发现并证明了微生物间拮抗现象大量存在,并且证实了在某种情况下,这种作用是由会扩散的抗生物质引起的,但这一发现的未引起多大的反响。
3青霉素的抑菌和杀菌作用
年亚历山大·弗莱明(AlexanderFleming,~)发现青霉素是微生物学研究中偶然性作用的经典事例。弗莱明年8月6日出生于苏格兰西南部艾尔郡,年从伦敦圣玛丽医学院毕业后,医院担任外科医生,后来转向细菌学研究,医院的细菌实验室工作。年第一次世界大战爆发,弗莱明在整个大战期间都在军队医疗队中服务。当时由于没有有效治疗病菌感染的药物,导致许多士兵因简单的细菌感染引发败血症死亡。这让弗莱明下定决心要找出一种新药来消灭病菌。战争结束以后,医院细菌实验室工作。
年弗莱明在研究金黄色葡萄球菌的菌落形态时,一个培养平板偶然污染了青霉。他用放大镜检查了这个平板时,发现青霉菌落周围的金黄色葡萄球菌菌落被明显溶解。这本来也是很平常的事情,许多研究者可能会不加考虑就将污染平板扔掉,但弗莱明注意到青霉菌斑点的四周有一圈无菌区,认为这是一个微生物拮抗现象的有趣例子。而后他有意识地在金黄色葡萄球菌和其他细菌平板上接种这种特异青霉菌,证实了特异青霉菌对葡萄球菌的许多细菌均有裂解作用。他进一步研究发现,不仅这种青霉菌具有强烈的杀菌作用,而且过滤除菌后的特异青霉菌培养液也有较好的杀菌能力。于是,弗莱明推论真正的杀菌物质是这种特异青霉菌生长过程产生的代谢物,并将它命名为青霉素(Penicillin,盘尼西林)。年,弗莱明在《英国实验病理学杂志》上发表了自己的发现。
此后,在长达四年的时间里,弗莱明对这种特异青霉菌进行了专门研究,结果表明青霉素对许多能引起严重疾病的传染病菌有显著的抑制和破坏作用,而且杀菌作用极强。但他随即遇到一个问题,如何提炼纯的青霉素,缺乏这个技术,使他无法继续观察研究,而后随着磺胺类药物的出现,人们普遍对青霉素的报告不再感兴趣。青霉素因此被埋没了10年。
4神奇的黄色粉末
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(HowardWalterFlorey,~)和生物化学家钱恩(ErnstBorisChain,~)的工作。弗洛里年出生于澳大利亚,年,前往牛津大学读书,后在牛津大学担任病理学教授。他在~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。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mg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。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。
5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一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。直到年,英美联军在诺曼底登陆,开辟了第二战场,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