U rujnu 1928. godine škotski liječnik i bakteriolog Alexander Fleming vratio se s dvotjednog ljetnog odmora koji je sa svojom obitelji proveo u rodnoj Škotskoj. Njegov radni stol u laboratoriju bolnice St. Mary's u Londonu, poznatom po kroničnom kaosu, bio je pretrpan staklenim posudama i instrumentima, a u sveopćem neredu bile su i Petrijeve zdjelice na kojima je Fleming uzgajao kolonije bakterije stafilokoka, opasnog uzročnika čireva i potencijalno smrtonosnih apscesa. Spletom sretnih okolnosti jedna od tih zdjelica sa stafilokokima ostala je djelomično otvorena. Kako je tijekom dvotjedne Flemingove odsutnosti bila izravno izložena zraku, ubrzo je bila kontaminirana sporama nepoznate plijesni.
Upravo je ta plijesan, zbog koje bi većina znanstvenika zdjelicu bacila u smeće kao propali eksperiment, privukla Flemingovu pozornost. Naime, uočio je da se oko mrlje te plijesni stvorio potpuno čist krug u kojem bakterije nisu mogle rasti, što ga je snažno zaintrigiralo, jer je taj tzv. "prsten smrti" jasno ukazivao na to da sama plijesan luči neku tvar koja aktivno uništava stafilokoke. Fleming se odmah posvetio dubljoj i detaljnijoj analizi tog nesvakidašnjeg fenomena, a kroz daljnja istraživanja i stručne konzultacije zagonetna je plijesan kasnije identificirana kao rijedak soj gljivice Penicillium notatum. Fasciniran aktivnom antibakterijskom tvari koju je taj mikroorganizam lučio, Fleming mu je dao ime penicilin.
Nisu mu vjerovali
Kroz seriju eksperimenata koje je provodio tijekom nekoliko tjedana utvrdio je da "sok od plijesni" uspješno ubija širok spektar štetnih patogena, uključujući streptokoke, meningokoke i bacil difterije. Međutim, put od fascinantnog laboratorijskog zapažanja do primjenjivog lijeka bio je težak, složen i prepun prepreka. Fleming je po struci bio liječnik i bakteriolog, a ne kemičar niti biokemičar, a bolnica St. Mary's u kojoj je radio nije imala potrebne laboratorijske resurse za složen proces izolacije i pročišćavanja penicilina. Flemingovi su asistenti pokušali stvoriti čisti ekstrakt, no penicilin se pokazao iznimno nestabilnim. Kada je u ljeto 1929. godine u Londonu izložio svoja zapažanja te objavio svoje rezultate kolegama, znanstvena zajednica je za Flemingovo otkriće pokazala zapanjujuće slab interes. U dvorani je vladala potpuna nezainteresiranost, a baš nitko od prisutnih nije Flemingu postavio niti jedno jedino pitanje. Tadašnja medicinska i znanstvena elita bila je potpuno uvjerena kako je riječ o izrazito nestabilnoj i preosjetljivoj tvari koja nikada neće pronaći stvarnu, praktičnu primjenu u svakodnevnoj kliničkoj praksi i u liječenju pacijenata.
Smatran tek pukim laboratorijskim kuriozitetom i obećavajućim, ali neprimjenjivim fenomenom, penicilin je više od desetljeća ostao na margini znanstvenog interesa, sve dok njegovu sudbinu u svoje ruke nije preuzela multidisciplinarna skupina briljantnih istraživača sa Sveučilišta u Oxfordu. Sve je započelo s još jednom slučajnošću. Naime, dok su tražili literaturu o prirodnim antibakterijskim tvarima, australski profesor patologije Howard Florey i briljantni biokemičar Ernst Chain, Židov koji je prebjegao iz Njemačke, slučajno su naišli na Flemingov stari rad. Zaintrigirani tim člankom okupili su tim vrhunskih stručnjaka koji su uoči Drugog svjetskog rata, odlučili konačno riješiti kemijsku zagonetku penicilina. Predvođen Howardom Floreyjem oxfordski je tim 1939. godine započeo ozbiljna istraživanja i rad na izolaciji penicilina. U potrazi za odgovorima, zbog nedostatka opreme počeli su uzgajati plijesan u doslovno svemu što im je došlo pod ruku - od bolničkih posuda za nuždu i starih kada, preko limenki, pa do kanti za mlijeko. Trud se isplatio - uspjeli su proizvesti prve sirove ekstrakte penicilina.
Prvi pokušaj spašavanja života
Do ljeta 1940. godine tim je na pedeset miševa uspio provesti ključni eksperiment – i dok je polovica miševa koji su bili inficirani smrtonosnim streptokokom uginula, oni koji su primili injekcije penicilina su preživjeli. Bio je to trenutak kada je čelni čovjek oxfordskog tima Howard Florey bio potpuno svjestan da u rukama ima lijek koji može promijeniti svijet. No, problem s kojim su se znanstvenici tada suočili bila je masovna proizvodnja tog lijeka. Naime, da bi se dobilo dovoljno čistog penicilina za liječenje samo jedne osobe zaražene sepsom bilo je potrebno čak dvije tisuće litara tekućine s kulturom plijesni.
Prvi čovjek na kojem je lijek testiran bio je oxfordski policajac Albert Alexander. Nakon što se, prema jednoj verziji u svom vrtu ogrebao na grm ruže, a prema drugoj je zadobio ozljede tijekom njemačkog bombardiranja u Southamptonu u studenom 1940. godine, kod Alexandera se pojavila infekcija koja se proširila po njegovu licu i očima te je zahvatila pluća. Došlo je do razvoja teške sepse, s po život opasnim apscesima, no nakon što su mu liječnici 12. veljače 1941. godine ubrizgali prvu dozu penicilina pacijentova temperatura je pala i stanje mu se počelo nevjerojatno brzo popravljati. Nažalost, zbog ratnih ograničenja i složenog procesa proizvodnje zalihe penicilina bile su iznimno male. Unatoč naporima da čak izdvoje neiskorišteni penicilin iz pacijentova urina, tim nije imao dovoljno lijeka da provede terapiju do kraja te se infekcija vratila i policajac je 15. ožujka 1941. godine preminuo. Ipak, na njegovu je primjeru dokazano da lijek djeluje i na ljudima, bez toksičnih nuspojava, što je znanstvenicima bila potvrda da penicilin ima ogroman terapijski potencijal u liječenju ljudi.
Pljesniva dinja koja je promijenila medicinu
Ratni uvjeti u Velikoj Britaniji, pod stalnim prijetnjama njemačkog bombardiranja, učinili su industrijsku proizvodnju penicilina gotovo nemogućom. Britanska industrija nije mogla sama podnijeti teret razvoja postrojenja za masovnu proizvodnju te je stoga Florey pomoć morao potražiti preko Atlantika. U ljeto 1941. godine, neposredno prije nego što će Sjedinjene Američke Države službeno ući u Drugi svjetski rat, Florey i njegov suradnik Norman Heatley otputovali su u Ameriku. S dragocjenim uzorcima plijesni Penicillium uputili su se u grad Peoria u saveznoj državi Illinois, gdje se nalazio laboratorij američkog Ministarstva poljoprivrede čiji su stručnjaci imali veliko iskustvo u procesima fermentacije. Američki znanstvenici, predvođeni Andrewom J. Moyerom, odmah su prionuli na posao. Dotadašnju podlogu za uzgoj zamijenili su nusproizvodom prerade kukuruza koji je u tom poljoprivrednom kraju bio lako dostupan, a dodavanjem kukuruznog tekućeg ekstrakta prinos penicilina povećan je za čak deset puta.
Druga važna inovacija bio je prelazak s uzgoja na ravnim površinama u posudama na tehnologiju duboke fermentacije u ogromnim kotlovima uz neprestano miješanje i prozračivanje, čime su riješeni dotadašnji problemi s ekstrakcijom i pročišćavanjem penicilina. Bio je to ključni tehnološki iskorak koji je omogućio masovnu proizvodnju ovog antibiotika. Međutim, u takvim uvjetima originalni Flemingov soj plijesni nije davao dobre rezultate, pa su znanstvenici pokrenuli globalnu potragu za boljim sojevima, tražeći od američke vojske da im šalje uzorke tla iz svih dijelova svijeta. Ironijom sudbine, najbolji soj ipak nisu pronašli u egzotičnim krajevima, nego na lokalnoj tržnici voća i povrća u Peoriji. Naime, znanstvenica Mary Hunt, poznata kao "Moldy Mary", s tržnice je u laboratorij donijela trulu, pljesnivu dinju, koja je bila prekrivena zlatnom plijesni. Soj s dinje je tada identificiran te je desetljećima bio poznat pod nazivom Penicillium chrysogenum, a laboratorijska testiranja su potvrdila da taj specifični soj prirodno proizvodi oko 200 puta veću količinu penicilina od Flemingovog originalnog soja. Upotrebom rendgenskih zraka i ultraljubičastog zračenja znanstvenici su dodatno mutirali taj soj, danas službeno klasificiran pod imenom Penicillium rubens, čime se prinos povećao za čak tisuću puta.
Od zlatnog doba do jezivog proročanstva i novih izazova
Brzina kojom je farmaceutska industrija tada reagirala bila je nezapamćena - uz potporu i koordinaciju vlade SAD-a u projekt su se uključile velike farmaceutske tvrtke poput Pfizera, Mercka i Squibba, koje su tijekom Drugog svjetskog rata bile nositelji projekta masovne proizvodnje penicilina. Prva komercijalna tvornica otvorena je u Brooklynu, gdje je tvrtka Pfizer 1944. godine prenamijenila tamošnju staru tvornicu leda te otvorila prvo postrojenje za komercijalnu masovnu proizvodnju penicilina na svijetu. Rezultati nisu izostali - u usporedbi s razdobljem Prvog svjetskog rata, kada je stopa smrtnosti od bakterijske upale pluća iznosila čak osamnaest posto, upotrebom penicilina ta se stopa smanjila na manje od jedan posto. I dok je početkom 1942. godine, ukupna zaliha penicilina u SAD-u bila jedva dovoljna za liječenje samo jednog jedinog pacijenta, nakon industrijskog uzleta koji je uslijedio, saveznička je industrija do iskrcavanja u Normandiji u lipnju 1944. godine uspjela proizvesti oko 2,3 milijuna doza penicilina, što je bilo dovoljno za liječenje svih teže ranjenih savezničkih vojnika tijekom invazije.
Suradnja akademije, vlade i farmaceutske industrije označila je početak zlatnog doba antibiotika. Svjesne golemih potencijala ovakvih lijekova farmaceutske su kompanije pokrenule programe masovnog probira prirodnih spojeva iz tla. Izolacijom iz bakterija u tlu tim Selmana Waksmana otkrio je streptomicin, a ista je metoda u iduća dva desetljeća dovela do otkrića gotovo svih glavnih klasa antibiotika koje i danas koristimo, poput tetraciklina i makrolida.
Iako je u samom razvoju konačnog lijeka Fleming najmanje sudjelovao, zbog njegove skromnosti i atraktivne priče o "slučajnom" otkriću mediji su ga proslavili kao usamljenog heroja, dok je mukotrpan rad oxfordskog tima i brojnih radnika ostao u sjeni. Za svoj doprinos Fleming, Florey i Chain su 1945. godine dobili Nobelovu nagradu. No, na dodjeli te prestižne nagrade Fleming je izrekao jezivo proročanstvo - upozorio je da će prekomjerna i nepravilna upotreba penicilina te izlaganje bakterija premalim dozama penicilina dovesti do toga da mikrobi razviju otpornost na lijek. Svoje je tvrdnje potkrijepio činjenicom da je u laboratorijskim uvjetima uspio stvoriti bakterije stafilokoke koje su preživjele 1000 puta veću koncentraciju penicilina. Danas, gotovo stoljeće kasnije, ta se Flemingova mračna predviđanja ostvaruju. Prekomjerna upotreba antibiotika u medicini i poljoprivredi glavni je uzrok širenja otpornosti na antimikrobne lijekove i pojave superbakterija. U svijetu su zabilježeni i izolirani slučajevi takozvanih pan-rezistentnih bakterija koje su otporne na sve dostupne antibiotike, zbog čega su znanstvenici, kako bi otkrili nove zaštitne molekule i razvili nove antibiotike, ponovo prisiljeni pretraživati ogromne baze genoma gljiva.
*uz korištenje AI-ja
Otvori KEKS Pay
Karcinom razvije otpornost na kemoterapiju. Vražije bolesti su sve otpornije. Mada ako gledamo povijest Penicilin je vjerovatno najvažniji izumljeni lijek.