青霉素,1928年
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必须得说,青霉素的发现,是人类医学史上最伟大的发现之一,因为这挽救了无数人的性命。
弗莱明发现青霉素
20世纪40年代以前,人类一直未能掌握一种能高效治疗细菌性感染且副作用小的药物。当时若有人患了肺结核,那么久意味着此人不久就会离开人世,中国人《红楼梦》里的林黛玉是个例子。为了改变这种局面,科研人员进行了长期探索,然而却毫无突破性进展。直到一个意外的发现。
1928年夏季的一天,在伦敦大学圣玛丽医院的实验室里,英国细菌学家亚历山大.弗莱明像往常一样,从事他的课题研究---葡萄球菌的特性。每次,当他打开培养皿的盖子,取出里面的细菌,放在玻璃片上,准备拿到显微镜下观察,空气中漂浮的微生物----细菌或霉菌,常常“乘机”飘落到培养皿里。这些外来的微生物在培养皿中繁殖,经常妨碍正常的实验,弗莱明非常讨厌这些“不速之客”。但却不知该如何解决这个问题。
这天,弗莱明正准备用显微镜观察从培养皿中取出的葡萄球菌时,突然发现了一个特殊的现象:在原来生长了很多金黄色葡萄球菌落的培养皿里,长出了一种来自空气中的青绿色的霉菌菌落,并且已经开始繁殖。更令他惊讶的是,在这个青绿色霉菌菌落的周围,原来培植的葡萄球菌落全被溶解了,而离得较远的葡萄球菌则完好无损。弗莱明立即意识到这个青绿色的霉菌可能分泌了一种能够裂解葡萄球菌的物质,而这个物质可能正是他多年来梦寐以求的自然抗菌物质。
弗莱明小心翼翼地把这些“不速之客”从培养皿中分离出来,培养在液体培养基中,让他们迅速繁殖。
弗莱明把这种青绿色的霉菌称作为青霉菌。经过多次实验验证,这种青霉菌有着极强的杀菌效果。弗莱明将这种抗菌物质命名为“青霉素”,因为产生这种物质的是青霉菌。
他研究了青霉素在多种有机体上高效的抗菌效果,注意到它能影响诸如葡萄球菌的细菌以及所有的革兰阳性菌(比如猩红热、肺炎、淋病、脑膜炎、白喉等)。然后遗憾的是,弗莱明一直未能找到提取高纯度青霉素的方法,于是他将青霉菌菌株一代代地培养,并于1939年将菌种提供给正准备研究青霉素的英国病理学家弗洛里和生物化学家钱恩。
通过一段时间的紧张实验,弗洛里和钱恩终于用冷冻干燥法提取了青霉素晶体。之后,弗洛里在一种甜瓜上发现了可供大量提取青霉素的霉菌,并用玉米粉调制出了相应的培养液。
青霉素挽救了无数人生命
1941年开始的临床试验证实了青霉素对链球菌、白喉杆菌等多种细菌的杀灭效果。青霉素之所以能够杀灭病菌,又不损害人体细胞,原因在于青霉素所含的青霉烷能使细菌的细胞壁合成受到障碍,导致病菌溶解死亡,而人和动物的细胞则没有细胞壁。但是青霉素会使个别人发生过敏反应,所以在应用前必须做皮试。在这些研究成果的推动下,美国制药企业于1942年开始对青霉素进行大批量生产。这些青霉素在世界反法西斯战争中挽救了大量英美盟军的伤病员,战争年代,创伤后的感染一直是非常凶险的导致死亡的原因,如果没有抗感染药物,那么伤员凶多吉少。1945年,弗莱明、弗洛里和钱恩因“发现青霉素及临床效用”而共同获得了诺贝尔医学奖。
而青霉素与原子弹、雷达也被并列为第二次世界大战中的三大发明。
中国发现青霉素的过程
两个非常关键的人物:樊庆笙,汤非凡
1940年,中国学者樊庆笙被选派到美国威斯康辛大学进修一年。1941年,正当樊庆笙学习期满准备回国时,发生了珍珠港事件,太平洋航路全部被封锁,樊庆笙回乡无路。
1944年1月20日,樊庆笙登上了美军的运输船。和樊庆笙一起踏上中国大地的,还有他随身携带的三支青霉素菌种。要知道,当时的青霉素菌种在美国问世不久,被人们称为“黄色的魔物”,这些黄色的粉末比当时的黄金还贵重,樊庆笙又怎么会有这些异常珍贵的青霉素菌种呢?
1929年,英国微生物学家弗莱明发现了盘尼西林(青霉素)代谢物有噬菌现象,作为当时微生物界最辉煌的成就,这一伟大的发现影响了美国的科技界。1943年,威斯康辛大学的生化和细菌学院建立了研制盘尼西林的小组,同年秋天取得了决定性的进展。盘尼西林的发明拯救了千百万人的生命。当时,正在威斯康辛大学读博的樊庆笙一直密切地关注着盘尼西林的研制,他觉得,苦难中的中国更需要盘尼西林。抱着试试看的想法,樊庆笙向美国医药助华会会长VanSlyke女士坦陈了自己的想法。没料想,VanSlyke女士很尊重他的想法,对他表示理解和支持。樊庆笙共拿到了三支菌种。
虽然带回了菌种,可毕竟数量有限,在那个战乱年代,中国能不能生产自己的青霉素呢?
回国后,樊庆笙一直在血库工作。汤飞凡先生是我国著名的细菌、病毒学家,当时他正领导一个小组,也准备进行盘尼西林的研制工作,可是他们只有从印度辗转弄来的两支菌种,同时缺少新技术及仪器设备。樊庆笙的到来恰似天意,二人决定共同研制。
汤飞凡先生在《吾国自制青霉素的回顾与前瞻》一文中写道:“民国三十年秋,昆明中央防疫处文献会之某次周会内,曾由魏曦技正报告:关于Abraham, Chain和Florey诸氏在Lancet杂志上,所发表对于青霉素或盘尼西林之研究一文,据称青霉素,既无毒质,且具充分杀菌效能,对于战争必有莫大贡献。因此引起吾人深切之注意,同时以青霉素既系霉菌所产之物,则其制造,自属生物学制品范围之内,是以吾人深欲一为试探。”汤飞凡、樊庆笙、魏曦、朱既明、黄有为等年轻的科学家以敏锐的洞察力,及时跟进医药科研的最新领域,立即着手开展青霉素研制工作。
制造青霉素首先要找到能产生青霉素的青霉菌。朱既明、卢锦汉等人考虑到霉菌在自然界分布极广,受云南霉豆腐制作方法的启发,他们就从鞋靴、旧衣、水果、古钱及其它一切可能之处收集霉菌,涂布到培养基上,寻找纯种霉菌。据当事人撰文回忆,其中卢锦汉和汤飞凡得自肉渣培养基中及皮鞋上的菌种最佳。分离菌种的工作从1941年冬一直进行到1944年春,经过上百次试验,共获得帚状霉菌40余株,能产抗生素的有11株。
1944年9月5日,中国自行研制的青霉素在昆明高峣村诞生。第一批出品仅5瓶,每瓶5000单位,其中两瓶送往重庆,两瓶分送英、美两国鉴定,均获好评,余下一瓶珍藏至今。战乱中的中国成为世界上率先制造出盘尼西林的七个国家之一,这一令人瞩目的成就得到了世界的公认。“第一批试制的青霉素到底有多少支,现在已无法知道了。”樊真宁说,因为条件有限,生产的数量也不多,但在当时确实挽救了不少生命。
既然青霉素已经试制成功,效果又这么显著,当时为什么没有大批量生产呢?“战乱时期,条件非常艰苦。想要大量生产青霉素根本不可能。”樊真宁说。最终,工业化生产盘尼西林的梦想未能实现,只能说是试验性地生产了一些盘尼西林。
樊庆笙等人研制出的第一批青霉素,当时是5万单位/瓶的规格,而现在的青霉素已经可达80万单位/瓶了。医学专家说,青霉素的研制经历了漫长的过程,并且还将永远继续下去,因为我们不知道等在我们前面的又会是什么样的阻挠。
青霉素名字的由来
在中国,人们习惯性地称盘尼西林为青霉素,这个名字又是从何而来呢?青霉素这个名字就是樊庆笙所起的(并非弗莱明)。
抗战胜利后,樊庆笙和留学归国的细菌学家童村一起合作研究盘尼西林。也就在这个时期,樊庆笙考虑到盘尼西林生产出来以后应该有个中国名字。根据分类学的特征,他提议叫“青霉素”,依据有二:一是形态上,这种霉株泛青黄色,所以取其“青”;二是意义上,英文中的词尾“-in”在生物学上常翻译为“素”,如维生素(Vitamin)。盘尼西林的英文是Penicillin。两者合一,最终命名为“青霉素”。童村也表示赞成。于是,“青霉素”这个名字就这样一直使用到现在。
耐药菌的出现
不同国家以及不同临床机构的大量流行病学研究显示,耐药菌的出现呈现增加趋势。Turner在近期的一篇综述中谈到,超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)主要产生于大肠杆菌、肺炎克雷白杆菌以及奇异变形杆菌。由于青霉素和头孢菌素都对ESBLs无效,因而ESBLs和临床治疗关系紧密。此外,产ESBL病原菌往往对其他类型的抗生素也耐药,如氨基糖苷类、氟喹诺酮类以及哌拉西林/三唑巴坦等。产ESBLs 的大肠杆菌和克雷白杆菌菌株对许多抗生素的敏感性都比较低,包括哌拉西林/三唑巴坦、环丙沙星、左氧氟沙星、氨苄青霉素及庆大霉素等。事实上,如果把敏感性80%作为临界点的话,只有碳青霉烯类抗生素对产ESBL菌的疗效可靠。
青霉素的发现,是一划时代意义的事件,掀开了抗生素的热潮,人类抗击细菌的能力迅速发展。而近年来,随着抗生素的滥用,耐药菌的出现已经给人们敲响了沉重的警钟。