پنی سیلین

شاید معروفترین اكتشاف تصادفی مهم، كشف پنی سیلین به دست سر الكساندر فلمینگ باشد. اما در این اكتشاف، بیش از آنچه اكثر افراد تصور می كنند، بخت یاری دخالت داشته است؛ گر چه كشف فلمینگ پیامدهای شگفت آوری داشت كه بدان اهمیت بخشیدند، اما این پیامدها كمتر شناخته شده اند.

زندگی فلمینگ مملو از وقایع به ظاهر نامربوطی است كه در عین حال اگر حتی یكی از آنها هم روی نمی داد، چه بسا فلمینگ به شهرتی كه بدان دست یافت نمی رسید. همان گونه كه دوست و همكارش پروفسورس.آ. پانت به هنگام مرگش در ستایش او گفت: شخص احساس می كند نمی تواند آنها را ناشی از تصادف محض بداند.

كشف پني سيلين
در تابستان سال ۱۹۲۸ فلمینگ مشغول تحقیق درباره آنفلوانزا بود. ضمن انجام كارهای معمول آزمایشگاهی كه می بایست كشت های باكتریایی را كه در ظرفهای پهن در پوش دار رشد كرده بودند زیر میكروسكوپ بررسی كند، متوجه شد كه در یكی از ظرف ها ناحیه شفافی به وجود آمده است. تحقیقات بیشتر نشان داد كه ناحیه شفاف در اطراف نقطه ای بود كه ظاهراً وقتی سرپوش ظرف گذاشته نشده بود، تكه ای كپك به درون آن افتاده بود. فلمینگ با به خاطر آوردن تجربیاتش در زمینه لیزوزیم، نتیجه گرفت كه كپك چیزی تولید می كرد كه باعث مرگ باكتری های استافیلوكوك در ظرف كشت شده بود. فلمینگ تعریف كرد:

اگر تجربیات قبلی ام نبود[ درباره لیزوزیم] چه بسا مانند كاری كه بسیاری از باكتری شناسان دیگر قبلاً كرده بودند ظرف را به دور می انداختم. به احتمال زیاد برخی از باكتری شناسان هم متوجه تغییراتی مشابه آنچه من دیدم شده بودم، اما چون علاقه ای به مواد ضد باكتریایی طبیعی وجود نداشت، كشتها را به دور اندخته بودند. من به جای آنكه مطابق رسم زمانه كشتهای آلوده را دور بیندازم، تحقیقاتی انجام دادم.

فلمینگ كپك را جدا كرد و آن را به عنوان یكی از اعضای جنس پنی سیلیوم شناخت، و ماده آنتی بیوتیكی را كه تولید می كرد پنی سیلین نامید. بعدها گفت: هزاران كپك مختلف وجود دارد و هزاران باكتری مختلف، و این كه بخت ، كپك را در لحظه مناسب در نقطه مناسب بگذارد مثل برنده شدن در مسابقه بخت آزمایی بود. ذكر هزاران باكتری مختلف آن قدر هم بی مورد نبود، چون گرچه پنی سیلین برای باكتریهای متعددی، ازجمله استافیلوكوك، مرگبار است، اما بر برخی از انواع دیگر باكتری ها اثری ندارد. خوشبختانه باكتری هایی كه پنی سیلین از بین می برد، سبب بسیاری از عفونت های شایع و خطرناك در انسان هستند.

البته در سال ۱۹۲۸ استفاده از كپك برای مقابله با عفونت ، ابتكار كاملاً نوظهوری نبود. لویی پاستور و همكارش ژ. ف. ژوبر در سال ۱۸۷۷ نشان داده بودند كه گاه میكروبی از رشد میكروبی دیگر جلوگیری می كند. نوشته اند كه درعهد باستان مصریان و رومیان از كپك نان استفاده می كردند، اما هزاران كپك مختلف بر نان می رویند كه تنها چند نوع آنها چیزی تولید می كنند كه با عفونت مقابله كند. قاعدتاً فلمینگ هم از این مسئله مطلع بود و به همین سبب در می یابیم كه چرا شگفت زده شد.

فلمینگ در ادامه نشان داد كه پنی سیلین برای جانوران سمی نیست و به یاخته های بدن آسیبی نمی رساند:
همین سمی نبودن پنی سیلین برای گویچه های سفید بود كه باعث شد متقاعد شوم روزی به عنوان ماده ای دارویی شناخته خواهد شد. وقتی پنی سیلین خام در خون انسان آزمایش می شد، رشد استافیلوكوكها را در رقت ۱ در ۱۰۰۰ كاملاً مهار كرد، اما اثر سمی آن بر گویچه های سفید چیزی بیش از محیط كشت اولیه نبود. آن را به جانوران نیز تزریق كردم، و ظاهراً هیچ اثر سمی نداشت.

چند آزمایش ابتدایی [ بربیماران] نتایج مطلوبی داد اما اتفاق معجزه آسایی نیفتاد، و فهمیدم كه باید آن را غلیظ می كردیم . سعی می كنیم پنی سیلین را تغلیظ كنیم اما دریافتیم كه پنی سیلین به سرعت خراب می شود، و روشهای نسبتاً ساده ما فایده ای نداشتند.
یك شكست:
در همین هنگام موفقیت چشمگیر سولفانیل آمید باعث شده بود كه شیمی درمانی توجه همگان را به خود جلب كند . همكاری هرولد ریستریك و فلمینگ برای جدا سازی و تغلیظ پنی سیلین با شكست مواجه شد، و تا چندین سال بعد دیگر كار مهمی درباره پنی سیلین انجام نگرفت.

در اواخر دهه ۱۹۳۰ هاوارد و. فلوری استاد آسیب شناسی دانشگاه آكسفورد همكاری پژوهشی خود را با ارنست بوریس چین ، زیست شیمیدان پناهنده یهودی كه از آلمان هیتلری گریخته بود و به سفارش فلوری به آكسفورد آمده بود، آغاز كرد. آن دو تحقیق درباره لیزوزیم، همان آنزیم ضد باكتریایی كه فلمینگ كشف كرده بود، و نیز دیگر مواد ضد باكتریایی طبیعی را شروع كردند. چندی نگذشت كه پژوهش های آنان بر پنی سیلین كه به نظر آنان امید بخش ترین این عوامل بود متمركز شد.

گروه آكسفورد با بهره گیری از روشهای پیچیده شیمیایی برای جداسازی و تغلیظ، كه امكانات آن در آكسفورد وجود داشت و فلوری و چین با آن آشنا بودند، اما فلمینگ در سن مری نه با آنها آشنایی داشت و نه بدانها دسترسی، موفق شدند پنی سیلین را آن قدر تغلیظ و تصفیه كنند كه خواص درمانی آن را ابتدا در مقابله با عفونت های تجربی در موش و بعداً در افراد بیماری كه از عفونت های استافیلوكوكی و دیگر آلودگی های خطرناك رنج می بردند، به اثبات رسانند ( نخستین پنی سیلین را كه در انسان استفاده می شد، در لگن های بیمارستانی رشد می دادند؛ با آنكه پنی سیلین را از ادرار بیماران جدا می كردند و مجدداً مورد استفاده قرار می دادند، اما برخی آزمایش های بالینی به دلیل كمیاب بودن این دارو ناتمام ماندند).

به سبب ضرورت بهره گیری سریع از توانایی پنی سیلین در مقابله با بیماری ها و درمان زخمهای نظامیان جنگ جهانی دوم، تولید آن در مقیاس گسترده، هم در انگلستان و هم در ایالات متحده، از اولویت های اول بود. فلوری به آمریكا رفت تا روشهای استخراج و تولید پنی سیلین در انگلستان را شرح دهد

، و شیمیدانان دو سوی اقیانوس اطلس به طور خستگی ناپذیری كار كردند تا ساختار شیمیایی پنی سیلین را تعیین كنند و از راه تخمیر یا تولید آزمایشگاهی آن را به دست آورند. این مولكول پیچیده و ناپایدار برای نخستین بار سالها پس از پایان جنگ به طور صناعی تهیه شد، اما پیشرفت در گسترش تولید آن از راه تخمیر در مدت جنگ به نحوی استثنایی سریع بود.

استفاده از پنی سیلین نه تنها جان هزاران نفر را طی جنگ جهانی نجات داد، بلكه عاملی شد تا برای كشف آنتی بیوتیك های دیگر، از جمله خانواده ای از تركیبات مشابه شیمیایی پنی سیلین به نام سفالوسپورینها، پژوهش هایی انجام گیرد. برخی از این آنتی بیوتیك های جدید در مبارزه با باكتری هایی كه به پنی سیلین مقاوم اند مؤثر هستند .