Penisilliinin historia - History of penicillin

Penisilliinin ydinrakenne, jossa R on muuttuva ryhmä

Flemingin muotti, Penicillium rubens CBS 205.57. A – C. Pesäkkeet 7 d vanha 25 ° CA CYA. B. MEA. C. KYLLÄ. D – H. Condiophores. I. Conidia. Palkit = 10 µm.

Historia penisilliinin noudattaa muutamia huomautuksia ja löytöjä näennäinen todisteita antibiootin aktiivisuuden muotin Penicillium joka johti kehittämiseen penisilliinien että tuli yleisimmin käytetty antibiootteja . Sen jälkeen kun Penicillium rubens tunnistettiin yhdisteen lähteeksi vuonna 1928 ja puhdasta yhdistettä tuotettiin vuonna 1942, penisilliinistä tuli ensimmäinen luonnosta peräisin oleva antibiootti. On olemassa anekdootteja muinaisista yhteiskunnista, jotka käyttävät muotteja infektioiden hoitoon, ja seuraavien vuosisatojen aikana monet ihmiset havaitsivat bakteerien kasvun estämisen eri homeilla. Ei kuitenkaan tiedetä, olivatko kyseiset lajit Penicillium -lajeja vai olivatko antimikrobiset aineet penisilliiniä.

Työskennellessään Lontoon St Mary's -sairaalassa skotlantilainen lääkäri Alexander Fleming havaitsi ensimmäisenä kokeellisesti, että Penicillium -hometta erittää antibakteerista ainetta, ja ensimmäinen, joka konsentroi aktiivisen aineen, jonka hän nimesi penisilliiniksi vuonna 1928. Muotti päätti olla harvinainen muunnelma Penicillium notatumista (nykyään Penicillium rubens ), joka on laboratoriokontaminaatio. Seuraavat 16 vuotta hän pyrki parempiin penisilliinin tuotantomenetelmiin, lääkekäyttöön ja kliiniseen tutkimukseen. Hänen onnistunut hoito Harry Lambertille, jolla oli muuten kuolemaan johtanut streptokokki- aivokalvontulehdus vuonna 1942, osoittautui kriittiseksi hetkeksi penisilliinin lääketieteellisessä käytössä.

Monet myöhemmät tutkijat osallistuivat penisilliinin stabilointiin ja massatuotantoon sekä tuottavampien Penicillium -kantojen etsimiseen . Tärkeitä avustajia ovat Ernst Chain , Howard Florey , Norman Heatley ja Edward Abraham . Fleming, Florey ja Chain jakoivat vuonna 1945 Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon penisilliinin löytämisestä ja kehittämisestä. Dorothy Hodgkin sai vuoden 1964 kemian Nobel -palkinnon, jossa määritettiin tärkeiden biokemiallisten aineiden, mukaan lukien penisilliini, rakenteet. Pian penisilliinin löytämisen jälkeen raportoitiin penisilliiniresistenssistä monissa bakteereissa. Tutkimus, jonka tarkoituksena on kiertää ja ymmärtää antibioottiresistenssin mekanismit, jatkuu tänään.

Aikainen historia

Monet muinaiset kulttuurit, mukaan lukien Egyptin , Kreikan ja Intian kulttuurit, löysivät itsenäisesti sienien ja kasvien hyödyllisiä ominaisuuksia infektioiden hoidossa . Nämä hoidot toimivat usein, koska monet organismit, mukaan lukien monet homelajit, tuottavat luonnollisesti antibiootteja . Muinaiset harjoittajat eivät kuitenkaan voineet tarkasti tunnistaa tai eristää näiden organismien aktiivisia komponentteja.

1600-luvun Puolassa märkä leipä sekoitettiin hämähäkinverkkoihin (jotka usein sisälsivät sieni- itiöitä ) haavojen hoitamiseksi. Tekniikan mainitsi Henryk Sienkiewicz vuonna 1884 kirjassaan Tuli ja miekka . In Englannissa vuonna 1640, ajatus käyttää muottia muotona sairaanhoidon tallennettiin apteekkarit kuten John Parkinsonin, Kingin Herbarian, joka kannatti käytön muotin teoksessaan farmakologian .

Varhainen tieteellinen näyttö

Penisilliinitutkimuksen moderni historia alkaa tosissaan 1870 -luvulla Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Sir John Scott Burdon-Sanderson , joka aloitti St. Mary's Hospitalissa (1852–1858) ja myöhemmin työskenteli siellä luennoitsijana (1854–1862), havaitsi, että homeella peitetty viljelyneste ei aiheuta bakteerikasvua . Burdon-Sandersonin löytö sai Joseph Listerin , englantilaisen kirurgin ja nykyaikaisen antisepsin isän , havaitsemaan vuonna 1871, että homeella saastuneet virtsanäytteet eivät myöskään sallineet bakteerien kasvua. Lister kuvaili myös Penicillium glaucum -nimisen homelajin antibakteerista vaikutusta ihmisen kudokseen . Sairaanhoitaja Kings College Hospital joiden haavat eivät vastaa mihinkään perinteiseen antiseptisiä sai sitten toista ainetta, joka paransi hänet, ja Lister rekisterinpitäjälle ilmoitti hänelle, että se oli nimeltään Penicillium . Vuonna 1874 Walesin lääkäri William Roberts , joka myöhemmin loi termin " entsyymi ", havaitsi, että bakteerikontaminaatiota ei yleensä esiinny Penicillium glaucumin laboratorioviljelmissä . John Tyndall seurasi Burdon-Sandersonin työtä ja osoitti Royal Societyille vuonna 1875 Penicillium- sienen antibakteerisen vaikutuksen .

Vuonna 1876 saksalainen biologi Robert Koch havaitsi, että Bacillus anthracis oli pernaruton perustekijä , josta tuli ensimmäinen osoitus siitä, että tietty bakteeri aiheutti tietyn sairauden, ja ensimmäinen suora todiste sairauksien alkuteoriasta . Vuonna 1877 ranskalaiset biologit Louis Pasteur ja Jules Francois Joubert havaitsivat, että pernaruttobakteerien viljelmät, kun ne olivat saastuneet homeilla, voitaisiin estää onnistuneesti. He raportoivat Comptes Rendus de l'Académie des Sciences -lehdessä :

Neutraali tai lievästi emäksinen virtsa on erinomainen väliaine bakteereille ... Mutta jos virtsaa siirrostetaan näillä bakteereilla, samanaikaisesti kylvetään aerobinen organismi, esimerkiksi yksi "tavallisista bakteereista", pernaruttobakteeri tuottaa vähäistä kasvua tai ei ollenkaan ja kuolee ennemmin tai myöhemmin kokonaan. On huomattavaa, että sama ilmiö näkyy kehossa jopa niiden pernarutolle alttiimpien eläinten kehossa, mikä johtaa hämmästyttävään tulokseen, että pernaruttobakteereita voidaan levittää runsaasti eläimeen, joka ei kuitenkaan kehitä tautia. On vain tarpeen lisätä joitakin "tavallisia" bakteereja samanaikaisesti nesteeseen, joka sisältää pernaruttobakteerien suspensiota. Nämä tosiasiat oikeuttavat ehkä suurimmat toiveet terapiasta.

Pasteur ja Koch kuvailivat ilmiötä antibakteeriseksi aktiivisuudeksi ja ranskalainen biologi Jean Paul Vuillemin nimesi sen "antibioosiksi" vuonna 1877. (Termi antibioosi, joka tarkoittaa "elämää vastaan", otti " antibiootiksi " amerikkalainen biologi ja myöhemmin Nobel palkitun Selman Waksmanin vuonna 1947.) On myös väitetty, että Pasteur tunnisti kannan Penicillium notatumiksi . Kuitenkin Paul de Kruifin 1926 Microbe Hunters kuvaa tätä tapahtumaa muiden bakteerien saastuttamana homeen sijaan. Vuonna 1887 sveitsiläinen lääkäri Carl Alois Philipp Garré kehitti testimenetelmän lasilevyllä bakteerien estämisen havaitsemiseksi ja löysi samanlaisia ​​tuloksia. Käyttäen gelatiinipohjaista viljelylevyä hän kasvatti kahta eri bakteeria ja havaitsi, että niiden kasvu estettiin eri tavalla, kuten hän kertoi:

Siirrostin koskemattomalle jäähdytetylle [gelatiini] -levylle vuorotellen B. fluorescensin [ Pseudomonas fluorescens ] ja Staphin yhdensuuntaisia ​​iskuja . pyogenes [ Streptococcus pyogenes ]. . Se ei myöskään johdu siitä, että nopeammin kasvavat organismit käyttävät saatavilla olevaa elintarviketta, vaan pikemminkin antagonismi johtuu erityisten, helposti hajoavien aineiden erittymisestä, jotka estävät joidenkin lajien kasvua, mutta ovat täysin tehottomia muita vastaan.

Vuonna 1895 italialainen Napolin yliopiston lääkäri Vincenzo Tiberio julkaisi tutkimuksen Arzanon vesikaivosta alun perin löydetyistä homeista ; havainnoistaan ​​hän totesi, että nämä muotit sisälsivät liukoisia aineita, joilla oli antibakteerinen vaikutus.

Kaksi vuotta myöhemmin, Ernest Duchesne École du Service de Sante Militairelta vuonna Lyon itsenäisesti löysi paranemista ominaisuuksia penicillium glaucum hometta, vaikka suolaamalla tartunnan saaneiden marsuja ja lavantaudin . Hän julkaisi väitöskirjan vuonna 1897, mutta Institut Pasteur jätti sen huomiotta . Duchesne käytti itse löytöä, jonka aikaisemmin tekivät arabialaiset tallipojat, jotka käyttivät muotteja hevosten haavaumien parantamiseen. Hän ei väittänyt, että muotti sisältäisi antibakteerista ainetta, vain sen, että se suojaa eläimiä jotenkin. Flemingin eristämä penisilliini ei paranna lavantautia, joten ei tiedetä, mikä aine saattoi olla vastuussa Duchesnen parantumisesta. Institut Pasteur -tutkija, Costa Rican Clodomiro Picado Twight , kirjasi samoin Penicilliumin antibioottivaikutuksen vuonna 1923. Näissä penisilliinitutkimuksen alkuvaiheissa useimpia Penicillium - lajeja ei kutsuttu erityisesti Penicillium glaucumiksi , joten on mahdotonta tietää tarkka laji ja että se oli todella penisilliini, joka esti bakteerien kasvua.

Andre Gratia ja Sara Dath Brysselin vapaassa yliopistossa Belgiassa tutkivat homeenäytteiden vaikutusta bakteereihin. Vuonna 1924 he havaitsivat, että kuolleet Staphylococcus aureus -viljelmät saastuttivat homeen, streptomysetin . Lisäkokeilujen perusteella ne osoittavat, että homettauute voisi tappaa S. aureuksen lisäksi myös Pseudomonas aeruginosan , Mycobacterium tuberculosis- ja Escherichia coli -bakteerin . Gratia kutsui antibakteerista ainetta "mycolysate" (tappajamuotti). Seuraavana vuonna he löysivät toisen tappajamuotin, joka voisi estää pernaruttobakteeria ( B. anthracis ). Raportointi Comptes Rendus Des Séances de La Société de Biologie et de Ses Filiales -lehdessä he tunnistivat homeen Penicillium glaucumiksi . Mutta nämä havainnot saivat vähän huomiota, koska antibakteerista ainetta ja sen lääketieteellistä arvoa ei täysin ymmärretty; Lisäksi Gratian näytteet katosivat.

Läpimurto löytö

Tausta

Alexander Fleming laboratoriossaan St Mary's Hospitalissa, Lontoossa

Skotlantilainen lääkäri Alexander Fleming löysi penisilliinin vuonna 1928. Työskennellessään St Mary's Hospitalissa Lontoossa Fleming tutki S. aureuksen vaihtelumallia . Hän sai inspiraationsa irlantilaisen lääkärin Joseph Warwick Biggerin ja hänen kahden opiskelijansa CR Bolandin ja RAQ O'Mearan löydöstä Trinity Collegesta, Dublinista , Irlannista, vuonna 1927 . Suurempi ja hänen oppilaansa havaitsivat, että kun he viljelivät tiettyä S. aureus -kantaa , jonka he nimittivät "Y": ksi, jonka he erottivat vuosi sitten yhden yksilön kainalon paiseesta, bakteeri kasvoi moniksi kannoiksi. He julkaisivat löytö ”Variant siirtomaita Staphylococcus aureus ” in The Journal of Pathology ja Bacteriology , tekemällä:

Olimme yllättyneitä ja melko hämmentyneitä, kun löysimme useilta levyiltä erityyppisiä pesäkkeitä, jotka erosivat täysin tyypillisestä aureus -pesäkkeestä . Jotkut näistä olivat melko valkoisia; jotkut, joko valkoiset tai tavallista väriä, olivat pinnalta karkeita ja niissä oli marginaaleja.

Fleming ja hänen tutkijansa Daniel Merlin Pryce jatkoivat tätä kokeilua, mutta Pryce siirrettiin toiseen laboratorioon vuoden 1928 alussa. Muutaman kuukauden yksin työskentelyn jälkeen uusi tutkija Stuart Craddock liittyi Flemingiin. Heidän kokeensa onnistui ja Fleming suunnitteli ja suostui kirjoittamaan raportin A System of Bacteriology -lehdessä, jonka Medical Research Council julkaisee vuoden 1928 loppuun mennessä.

Ensimmäinen löytö

Elokuussa Fleming vietti lomansa perheensä kanssa kotimaassaan The Dhoon Barton Millsissä , Suffolkissa. Ennen kuin hän lähti laboratoriosta, hän ympäsi useita viljelylevyjä S. aureuksella. Hän piti lautaset syrjään pöydän toisessa kulmassa poissa suorasta auringonvalosta ja tehdäkseen tilaa Craddockille työskennellä hänen poissa ollessaan. Lomalla ollessaan hänet nimitettiin bakteriologian professoriksi St Mary's Hospital Medical Schoolissa 1. syyskuuta 1928. Hän saapui laboratorioonsa 3. syyskuuta, missä Pryce odotti tervehtimään häntä. Kun hän ja Pryce tutkivat viljelylevyjä, he löysivät yhden avoimella kannella ja viljelmän saastuttivat sinivihreällä muotilla. Saastuneella levyllä bakteerit muotin ympärillä eivät kasvaneet, kun taas kauempana olevat kasvoivat normaalisti, mikä tarkoittaa, että muotti tappoi bakteerit. Fleming kommentoi katsellessaan levyä: "Se on hauskaa". Pryce huomautti Flemingille: "Näin löysit lysotsyymin ."

Koe

St Mary's Hospitalissa Flemingin laboratorio ja Praed Street

Fleming lähti jatkamaan lomaansa ja palasi kokeisiin syyskuun lopulla. Hän keräsi alkuperäisen muotin ja kasvatti niitä viljelylevyillä. Neljän päivän kuluttua hän havaitsi, että levyt kehittivät suuria muotopesäkkeitä. Hän toisti kokeen samoilla bakteereja tappavilla tuloksilla. Myöhemmin hän kertoi kokemuksestaan:

Kun heräsin heti aamunkoiton jälkeen 28. syyskuuta 1928, en todellakaan aikonut mullistaa koko lääketiedettä löytämällä maailman ensimmäinen antibiootti eli bakteerien tappaja. Mutta luulen, että juuri niin tein.

Hän päätyi siihen, että muotti vapautti ainetta, joka esti bakteerien kasvua, ja hän tuotti muotin viljelylientä ja konsentroi myöhemmin antibakteerisen komponentin. Eri bakteereja vastaan ​​suoritetun testin jälkeen hän havaitsi, että muotti voisi tappaa vain tiettyjä bakteereja. Esimerkiksi Staphylococcus , Streptococcus ja difteriabacillus ( Corynebacterium diphtheriae ) tapettiin helposti; mutta sillä ei ollut vaikutusta lavantauti -bakteeriin ( Salmonella typhimurium ) ja influenssabacillukseen ( Haemophilus influenzae ). Hän valmisti suurviljelymenetelmän, josta hän saattoi saada suuria määriä hometta. Hän kutsui tätä mehua "penisilliiniksi", koska hän selitti syyn "välttääkseen melko hankalan lauseen" Muotoliemien suodos "toistamisen, käytetään nimeä" penisilliini "." Hän keksi nimen 7. maaliskuuta 1929. Myöhemmin (Nobelin luennollaan) hän antoi lisäselityksen sanoen:

Minulta on usein kysytty, miksi keksin nimen "penisilliini". En yksinkertaisesti seurannut täysin oikeaoppinen linjat ja loi sana, joka kertoi, että aine penisilliinin peräisin kasvista suvun Penicillium yhtä monta vuotta sitten sana " DIGITAL " keksittiin aineen johdettu kasvin Digitalis .

Flemingillä ei ollut kemian koulutusta, joten hän jätti kaikki kemialliset työt Craddockille - hän huomautti kerran: "Olen bakteriologi, en kemisti." Tammikuussa 1929 hän värväsi Frederick Ridleyn, entisen tutkijansa, joka oli opiskellut biokemiaa erityisesti muotin kemiallisten ominaisuuksien tutkimiseksi. Mutta he eivät voineet eristää penisilliiniä ja ennen kokeiden päättymistä Craddock ja Ridley lähtivät molemmat Flemingistä muihin töihin. Fleming luopui käytännössä lisätutkimuksista penisilliinin kemiallisista näkökohdista, koska he eivät pystyneet eristämään yhdistettä, vaikka hän teki biologisia testejä vuoteen 1939 asti.

Muotin tunnistaminen

Penicillium rubens (tyyppinen näyte)

Rakenteellisen vertailun jälkeen eri Penicillium -lajeihin Fleming uskoi aluksi, että hänen näytteensä oli Penicillium chrysogenum , laji, jonka amerikkalainen mikrobiologi Charles Thom kuvaili vuonna 1910. Hän oli onnekas, koska irlantilainen kasvitieteilijä Charles John Patrick La Touche oli juuri liittynyt mycologist St Maryn tutkimaan sienet syynä astmaa. La Touche määritteli näytteen Penicillium rubrumiksi, jota Fleming käytti julkaisussaan.

Vuonna 1931 Thom tarkasteli uudelleen eri Penicilliumia, mukaan lukien Flemingin näytteen. Hän teki hämmentävän johtopäätöksen ja totesi: "Ad. 35 [Flemingin näyte] on P. notatum WESTLING. Tämä on P. chrysogenum -sarjan jäsen, jolla on pienemmät konidiot kuin P. chrysogenumilla ." Ruotsalainen kemisti Richard Westling kuvasi P. notatumia vuonna 1811. Siitä lähtien Flemingin muotista käytettiin synonyymejä P. notatum ja P. chrysogenum. Mutta Thom omaksui ja suositteli P. chrysogenumin käyttöä. Lisäksi P. notatum , äskettäin löydetty lajit kuten P. meleagrinum ja P. cyaneofulvum kirjattiin jäseniksi P. chrysogenum vuonna 1977 . Sekaannuksen ratkaisemiseksi seitsemästoista kansainvälinen kasvitieteellinen kongressi, joka pidettiin Wienissä, Itävallassa, hyväksyi vuonna 2005 virallisesti nimen P. chrysogenum säilytetyksi nimeksi ( nomen conservandum ). Koko genomisekvenssi ja filogeeninen analyysi vuonna 2011 paljastivat, että Flemingin hometta kuuluu P. rubensiin , joka on belgialaisen mikrobiologin Philibert Biourgen vuonna 1923 kuvaama laji, ja myös että P. chrysogenum on eri laji.

Sienikontaminaation lähde Flemingin kokeessa oli spekulaatio useita vuosikymmeniä. Fleming itse ehdotti vuonna 1945, että sieni -itiöt tulivat Praed -kadulle päin olevan ikkunan läpi . Tätä tarinaa pidettiin tosiasiona ja sitä suositeltiin kirjallisuudessa alkaen George Lackenin kirjasta Penicillin Story 1945 . Mutta myöhemmin hänen työtoverinsa, mukaan lukien Pryce, kiistivät sen, ja he todistivat paljon myöhemmin, että Flemingin laboratorioikkuna pidettiin kiinni koko ajan. Ronald Hare suostui myös vuonna 1970, että ikkuna oli useimmiten lukittu, koska siihen oli vaikea päästä käsiksi suuren pöydän ja laitteiden edessä. Vuonna 1966 La Touche kertoi Harelle, että hän oli antanut Flemingille 13 sieninäytettä (10 laboratoriosta) ja vain yksi laboratoriosta osoitti penisilliinimaista antibakteerista aktiivisuutta. Tästä lähtien päästiin yksimielisyyteen siitä, että Flemingin muotti tuli La Touchen laboratoriosta, joka oli lattian alapuolella rakennuksessa, ja itiöt ajautuivat ilmaan avoimien ovien kautta.

Vastaanotto ja julkaiseminen

Flemingin löytöä ei pidetty alun perin tärkeänä löytönä. Vaikka hän näytti kulttuurilevyjään kollegoilleen, hän sai vain välinpitämättömän vastauksen. Hän kuvaili löydöstä 13. helmikuuta 1929 Medical Research Clubin edessä . Hänen esityksensä "Väliaine Pfeifferin bakteerin eristämiseksi " ei saanut erityistä huomiota.

Vuonna 1929 Fleming raportoi havainnoistaan British Journal of Experimental Pathology 10. toukokuuta 1929 ja julkaistiin seuraavan kuukauden numerossa. Se ei onnistunut herättämään vakavaa huomiota. Fleming itse oli melko epävarma lääketieteellisestä sovelluksesta ja oli enemmän huolissaan bakteerien eristämistä koskevasta hakemuksesta, kuten hän päätteli:

Sen lisäksi, että penisilliiniä voidaan käyttää bakteeri -infektioiden hoidossa, se on varmasti hyödyllinen bakteriologille sen voiman vuoksi estää ei -toivottuja mikrobeja bakteeriviljelmissä siten, että penisilliiniherkät bakteerit voidaan helposti eristää. Merkittävä esimerkki tästä on Pfeiffers-bakteerin erittäin helppo eristäminen, kun käytetään penisilliiniä ... Ehdotetaan, että se voi olla tehokas antiseptinen aine levitettäväksi tai injektoitavaksi penisilliiniherkillä mikrobeilla tartunnan saaneille alueille.

GE Breen, Chelsea Arts Clubin jäsen , kysyi kerran Flemingiltä: "Halusin vain sinun kertovan minulle, luuletko, että tavaraa [penisilliiniä] voidaan koskaan käyttää käytännössä. Voisinko esimerkiksi käyttää sitä? ? " Fleming katsoi hetken tyhjillään ja vastasi sitten: "En tiedä. Se on liian epävakaa. Se on puhdistettava, enkä voi tehdä sitä itse." Jopa vuonna 1941 British Medical Journal raportoi, että "tärkeimpiä tosiasioita, jotka ovat peräisin erittäin kattavasta [penisilliinistä] tehdystä tutkimuksesta, jossa on mukana suuri joukko työntekijöitä - - ei näytä olleen mahdollisesti hyödyllinen mikä tahansa muu näkökulma. "

Eristäytyminen

Vuonna 1939 saksalainen (myöhemmin naturalisoitu brittiläinen) kemisti Ernst Boris Chain liittyi Sir William Dunnin patologian kouluun Oxfordin yliopistossa tutkimaan antibiootteja. Flemingin vuoden 1929 paperi teki häneen vaikutuksen ja kertoi esimiehelleen australialaisesta tiedemiehestä Howard Floreystä (myöhemmin paroni Florey) mahdollisesta lääkkeestä. Siihen mennessä Florey oli saanut Rockefeller -säätiöltä 25 000 dollarin tutkimusapurahan antibioottien tutkimiseen. Hän kokosi ketjun lisäksi tutkimusryhmän, johon kuuluivat Edward Abraham , Arthur Duncan Gardner , Norman Heatley , Margaret Jennings , J.Orr-Ewing ja G.Sanders.

Oxfordin tiimi valmisti väkevän P. rubens -uutteen "ruskeaksi jauheeksi", joka "on saatu ja joka liukenee vapaasti veteen". He havaitsivat, että jauhe ei ollut pelkästään tehokas in vitro bakteeriviljelmiä vastaan ​​vaan myös ja in vivo bakteeri -infektioita vastaan ​​hiirissä. 5. toukokuuta 1939 he ruiskuttivat kahdeksan hiiren ryhmään virulentin S. aureus -kannan ja ruiskuttivat sitten neljään niistä penisilliiniliuosta. Yhden päivän kuluttua kaikki käsittelemättömät hiiret kuolivat, kun penisilliinillä hoidetut hiiret selvisivät hengissä. Chain sanoi sen "ihmeeksi". He julkaisivat havaintonsa Lancetissa vuonna 1940.

Ryhmä raportoi eristysmenetelmän yksityiskohdista vuonna 1941 laajamittaisen uuttamisjärjestelmän avulla. He havaitsivat myös, että penisilliiniä oli eniten homeuutteen keltaisena tiivisteenä. Mutta he pystyivät tuottamaan vain pieniä määriä. Vuoden 1942 alkuun mennessä he pystyivät valmistamaan erittäin puhdistetun yhdisteen ja työskentelivät kemiallisen kaavan muodossa C ₂₄ H ₃₂ O ₁₀ N ₂ Ba. Vuoden 1942 puolivälissä Chain, Abraham ja ER Holiday raportoivat puhtaan yhdisteen tuotannosta.

Ensimmäinen lääketieteellinen käyttö

Fleming suoritti ensimmäisen kliinisen tutkimuksen penisilliinillä Craddockissa. Craddockille oli kehittynyt vakava nenän antrum -infektio ( sinuiitti ) ja hänelle oli tehty leikkaus. Fleming käytti nenäkäytävän kirurgista aukkoa ja aloitti penisilliinin injektion 9. tammikuuta 1929, mutta ilman mitään vaikutusta. Todennäköisesti se johtui siitä, että infektio oli influenssabakteereilla ( Haemophilus influenzae ), bakteerilla, jonka hän oli havainnut herkäksi penisilliinille. Fleming antoi osan alkuperäisistä penisilliininäytteistään kollega-kirurgi Arthur Dickson Wrightille kliinistä testiä varten vuonna 1928. Vaikka Wright sanoi kuulemma, että se "näytti toimivan tyydyttävästi", sen erityisestä käytöstä ei ole tietoja.

Cecil George Paine, Sheffieldin kuninkaallisen sairaalan patologi , oli ensimmäinen, joka käytti menestyksekkäästi penisilliiniä lääketieteelliseen hoitoon. Hän oli entinen Flemingin opiskelija ja kun hän sai tietää löydöstä, pyysi Flemingin penisilliininäytettä. Hän yritti aluksi hoitaa sykoosia (partaan follikkelien puhkeamista) penisilliinillä, mutta epäonnistui, luultavasti siksi, että lääke ei tunkeutunut tarpeeksi syvälle. Siirtyessään oftalmia neonatorumiin , vauvojen gonokokki -infektioon, hän saavutti ensimmäisen parannuksen 25. marraskuuta 1930, neljä potilasta (yksi aikuinen, muut pikkulapset), joilla oli silmätulehdus.

Floreyn tiimi Oxfordissa osoitti, että Penicillium -uute tappoi erilaisia ​​bakteereja ( Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus ja Clostridium septique ) viljelmässä ja paransi tehokkaasti Streptococcus -infektion hiirissä. He raportoivat The Lancetin 24. elokuuta 1940 julkaisussa "Penisilliini kemoterapia -aineena" ja päättivät:

Tulokset ovat selkeitä ja osoittavat, että penisilliini on aktiivinen in vivo vähintään kolmea in vitro inhiboitua organismia vastaan. Näyttäisi kohtuulliselta toivolta, että kaikkia korkeassa laimennoksessa olevia organismeja in vitro havaitaan käsiteltävän in vivo. Penisilliini ei näytä liittyvän mihinkään tällä hetkellä käytössä olevaan kemoterapeuttiseen aineeseen, ja se on erityisen merkittävä sen aktiivisuudesta kaasun gangreeniin liittyviä anaerobisia organismeja vastaan .

Vuonna 1941 Oxfordin tiimi kohteli poliisia Albert Alexanderia vakavalla kasvotulehduksella; hänen tilansa parani, mutta sitten penisilliinivarastot loppuivat ja hän kuoli. Tämän jälkeen useita muita potilaita hoidettiin onnistuneesti. Joulukuussa 1942 Bostonin Cocoanut Groven tulipalosta selviytyneet olivat ensimmäiset palovammapotilaat, joita hoidettiin onnistuneesti penisilliinillä.

Tärkein kliininen testi oli elokuussa 1942, kun Fleming paransi Harry Lambertin muuten kuolemaan johtaneesta hermoston infektiosta (streptokokki- aivokalvontulehdus ). Lambert oli Robertin, Flemingin veljen, työtoveri, joka oli pyytänyt Flemingia sairaanhoitoon. Fleming pyysi Floreylta puhdistettua penisilliininäytettä, jota Fleming käytti heti ruiskuttamaan Lambertin selkäydinkanavaan. Lambert osoitti paranemisen merkkejä heti seuraavana päivänä ja toipui täysin viikossa. Fleming raportoi kliinisestä tutkimuksestaan Lancetissa vuonna 1943. Näiden lääketieteellisten todisteiden perusteella Ison -Britannian sotilashallitus perusti 5. huhtikuuta 1943. Penisilliinikomitean. Komiteaan kuului puheenjohtaja Cecil Weir , laitteiden pääjohtaja, Fleming, Florey , Sir Percival Hartley , Allison ja lääkeyhtiöiden edustajat jäseninä. Tämä johti penisilliinin massatuotantoon ensi vuonna.

Massatuotanto

Tietäen, että laajamittainen tuotanto lääketieteelliseen käyttöön oli turhaa suljetussa laboratoriossa, Oxfordin tiimi yritti vakuuttaa sodan romahtaneen Ison-Britannian hallituksen ja yksityiset yritykset massatuotannosta, mutta turhaan. Florey ja Heatley matkustivat Yhdysvaltoihin kesäkuussa 1941 vakuuttaakseen Yhdysvaltain hallituksen ja lääkeyhtiöt siellä. Tietäen, että muotinäytteen säilyttäminen injektiopulloissa voi helposti kadota, he sen sijaan tahrasivat turkkitaskut muotilla. He saapuivat Washington DC: hen heinäkuun alussa keskustelemaan National Research Councilin (NRC) puheenjohtajan Ross Granville Harrisonin ja Yhdysvaltain maatalousministeriön Charles Thomin ja Percy Wellsin kanssa . Heidät ohjattiin lähestymään USDA: n pohjoista alueellista tutkimuslaboratoriota (NRRL, nyt National Centre for Agricultural Utilization Research ), jossa tehtiin laajamittaisia ​​fermentointeja. He saapuivat Peoriaan, Illinoisiin , 14. heinäkuuta tapaamaan Andrew Jackson Moyerin ja Robert D.Coghillin NRRL: ssä. Amerikkalaiset työskentelivät nopeasti muotin parissa ja pystyivät tekemään kulttuuria heinäkuun loppuun mennessä. Mutta he ymmärsivät, että Flemingin muotti ei ollut riittävän tehokas tuottamaan suuria määriä penisilliiniä.

NRRL -mykologi Kenneth Bryan Raper sai Yhdysvaltain armeijan liikennekomennon apua etsimään samanlaista hometta eri puolilta maailmaa, ja parhaat muotit todettiin Chungkinista (Kiina), Bombaysta (Mumbai, Intia) ja Kapkaupungista (Etelä Afrikka). Mutta paras yksittäinen näyte oli cantaloupe (melonilaji), jota myytiin Peorian hedelmämarkkinoilla vuonna 1943. Muotti tunnistettiin P. chrysogenumiksi ja nimettiin NRRL 1951 tai cantaloupe-kanta. On suosittu tarina, että Mary K. Hunt (tai Mary Hunt Stevens), Raperin työntekijä, keräsi muotin; josta hänet oli suosittu "Moldy Mary". Mutta Raper piti tätä tarinaa "kansanperinteenä" ja että hedelmät toimitti laboratorioon nainen Peorian hedelmämarkkinoilta.

Vuosien 1941 ja 1943 välisenä aikana Moyer, Coghill ja Kenneth Raper kehittivät menetelmiä teollistuneelle penisilliinin tuotannolle ja eristivät Penicillium- sienen korkeamman tuottavuuden kantoja . Jasper H. Kanen ja muiden Pfizer- tutkijoiden samanaikainen tutkimus Brooklynissa kehitti käytännöllisen syväsäiliöfermentointimenetelmän suurten määrien farmaseuttisen penisilliinin tuottamiseksi.

Penisilliinimainos toisen maailmansodan sotilaille, n . 1944

Tuotannon alkaessa yhden litran säiliöiden saanto oli alle 1%, mutta parani 80–90%: iin 10 000 gallonan säiliöissä. Tämä tehokkuuden kasvu tapahtui vuosina 1939–1945 jatkuvan prosessi -innovaation seurauksena. Maataloustutkimuspalvelun johtaja Orvill May pyysi Robert Coghillia, joka oli käymisosaston päällikkö, käyttämään fermentointikokemustaan ​​penisilliinin poistamisen tehostamiseksi muotista. Pian alkamisen jälkeen Moyer korvasi sakkaroosin laktoosilla kasvualustassa, mikä johti parempaan saantoon. Vielä suurempi kasvu tapahtui, kun Moyer lisäsi jyrkkää maissilipeää .

Yksi merkittävä ongelma prosessissa, jonka tutkijat kohtasivat, oli tehottomuus kasvattaa hometta ravinteidensa pinnalla sen sijaan, että se olisi upotettu. Vaikka upotettu muotin kasvatusprosessi olisi tehokkaampi, käytetty kanta ei sopinut vaadittuihin olosuhteisiin. Tämä johti NRRL: n etsimään kantaa, joka oli jo sovitettu toimimaan, ja yksi löydettiin Peorian viljelijöiden markkinoilta hankitusta homeisesta cantaloupeista . Tämän kannan parantamiseksi tutkijat altistivat sen röntgensäteille mutaatioiden helpottamiseksi genomissaan ja onnistuivat lisäämään tuotantokapasiteettia entisestään.

Nyt kun tutkijoilla oli muotti, joka kasvoi hyvin veden alla ja tuotti hyväksyttävän määrän penisilliiniä, seuraava haaste oli tarjota tarvittava ilma muottiin sen kasvua varten. Tämä ratkaistiin käyttämällä ilmastinta, mutta ilmastus aiheutti voimakasta vaahtoamista maissin jyrkkyyden seurauksena. Vaahtoamisongelma ratkaistiin ottamalla käyttöön vaahdonestoaine, joka tunnetaan nimellä glyseryylimonorikoleaatti.

Kemiallinen analyysi

Kemiallinen rakenne penisilliinin esitti ensimmäisenä Edward Abraham 1942. Dorothy Hodgkin määräytyy oikea kemiallinen rakenne penisilliini käyttäen röntgenkristallografian Oxford vuonna 1945. Vuonna 1945 Yhdysvaltain lääketieteellinen tutkimus- ja British Medical Research Council yhdessä julkaisseet in Science kemikaali analyysejä tehdään eri yliopistoissa, alan yritykset sekä valtion tutkimusyksiköissä. Raportti ilmoitti erilaisten penisilliiniyhdisteiden olemassaolosta, joilla kaikilla oli sama rakenneosa, nimeltään β-laktaami . Penisilliinit saivat erilaisia ​​nimiä, kuten roomalaisia ​​numeroita Yhdistyneessä kuningaskunnassa (kuten penisilliini I, II, III), jotta niiden löydöt ja kirjaimet (kuten F, G, K ja X) viittaavat niiden alkuperään tai lähteisiin, kuten alla :

Kemialliset nimet perustuivat yhdisteiden sivuketjuihin . Kiistanalaisten nimien välttämiseksi Chain esitteli vuonna 1948 kemialliset nimet standardinimikkeistöksi ja huomautti seuraavasti: "Jotta nimikkeistö olisi mahdollisimman yksiselitteinen, päätettiin korvata numero- tai kirjainjärjestelmä etuliitteillä, jotka osoittavat sivun kemiallisen luonteen. ketju R. "

Vuonna 1952 Kundlissa , Tirolissa , Itävallassa , Hans Margreiter ja Ernst Brandl Biochemiesta (nykyään Sandoz ) kehittivät ensimmäisen happokestävän penisilliinin suun kautta annettavaksi, penisilliini V: n . Amerikkalainen kemisti John C. Sheehan on Massachusetts Institute of Technology (MIT) valmiiksi ensimmäisen kemiallisen synteesin penisilliini vuonna 1957. Sheehan oli aloittanut tutkimukset penisilliinin synteesiin vuonna 1948, ja sen aikana näiden tutkimusten kehitetty uusia menetelmiä synteesiin peptidien , kuten sekä uudet suojaryhmät - ryhmät, jotka peittävät tiettyjen funktionaalisten ryhmien reaktiivisuuden. Vaikka Sheehanin kehittämä alkuperäinen synteesi ei sopinut penisilliinien massatuotantoon, yksi Sheehanin synteesin välituoteyhdisteistä oli penisilliinin ydin 6-aminopenisillilaanihappo (6-APA).

Tärkeä kehitys oli itse 6-APA: n löytäminen. Vuonna 1957 Surreyn Beecham Research Laboratoriesin (nykyään Beechem Group) tutkijat erottivat 6-APA: n P. chrysogenumin viljelyväliaineesta . 6-APA: n havaittiin muodostavan penisilliinin ytimen (itse asiassa kaikki β-laktaamiantibiootit) ja sitä oli helppo muuttaa kemiallisesti kiinnittämällä sivuketjut kemiallisten reaktioiden kautta. Löytö julkaistiin Nature vuonna 1959). Tämä avasi tietä uusille ja paremmille lääkkeille, koska kaikki puolisynteettiset penisilliinit valmistetaan 6-APA: n kemiallisesta käsittelystä.

Toisen sukupolven puolisynteettinen β-laktaamiantibiootti metisilliini , joka on suunniteltu torjumaan ensimmäisen sukupolven resistenttejä penisillinaaseja, otettiin käyttöön Yhdistyneessä kuningaskunnassa vuonna 1959. Staphylococcus aureuksen metisilliiniresistenttejä muotoja oli todennäköisesti jo olemassa.

Tulokset

Fleming, Florey ja Chain jakoivat vuoden 1945 fysiologian tai lääketieteen Nobelin palkinnon "penisilliinin löytämisestä ja sen parantavasta vaikutuksesta eri tartuntatauteihin".

Andrew Jackson Moyer patentoi penisilliinin valmistus- ja eristämismenetelmät Yhdysvalloissa vuonna 1945. Ketju oli halunnut jättää patentin, Florey ja hänen joukkuetoverinsa vastustivat sitä väittäen, että siitä pitäisi olla hyötyä kaikille. Sir Henry Dale neuvoi erityisesti, että sen tekeminen olisi epäeettistä. Kun Fleming sai tietää penisilliinituotannon yhdysvaltalaisista patenteista, hän raivostui ja kommentoi:

Löysin penisilliinin ja annoin sen ilmaiseksi ihmiskunnan hyväksi. Miksi siitä pitäisi tulla voittoa tuottava monopoli muiden maiden valmistajille?

Dorothy Hodgkin sai vuoden 1964 kemian Nobel-palkinnon "tärkeiden biokemiallisten aineiden rakenteiden röntgentekniikoilla tekemistään määrityksistä".

Penisilliinijohdannaisten kehittäminen

Penisilliinien kapea valikoima hoidettavia sairauksia tai "aktiivisuusspektri" sekä oraalisesti aktiivisen fenoksimetyylipenisilliinin heikko aktiivisuus johti penisilliinijohdannaisten etsimiseen, jotka voisivat hoitaa laajemman joukon infektioita. 6-APA: n, penisilliinin ytimen, eristäminen mahdollisti puolisynteettisten penisilliinien valmistamisen eri parannuksilla verrattuna bentsyylipenisilliiniin (hyötyosuus, spektri, stabiilisuus, toleranssi). Ensimmäinen merkittävä kehitys oli ampisilliini vuonna 1961. Sen tuotti Beecham Research Laboratories Lontoossa. Se oli edullisempi kuin alkuperäinen penisilliini, koska se tarjosi laajemman aktiivisuuskirjan grampositiivisia ja gramnegatiivisia bakteereja vastaan. Jatkokehitys antoi β-laktamaasiresistenttejä penisilliinejä , mukaan lukien flukloksasilliini , dikloksasilliini ja metisilliini . Nämä olivat merkittäviä niiden aktiivisuuden suhteen beetalaktamaasia tuottavia bakteerilajeja vastaan, mutta ne olivat tehottomia metisilliiniresistenttejä Staphylococcus aureus (MRSA) -kantoja vastaan.

Toinen todellisten penisilliinien linjan kehitys oli antipseudomonaaliset penisilliinit, kuten karbenisilliini , tikarisilliini ja piperasilliini , jotka olivat hyödyllisiä niiden aktiivisuudelle gramnegatiivisia bakteereja vastaan. Kuitenkin β-laktaamirenkaan käyttökelpoisuus oli sellainen, että siihen liittyvät antibiootit, mukaan lukien mekillinaamit , karbapeneemit ja mikä tärkeintä, kefalosporiinit , säilyttävät sen edelleen rakenteidensa keskellä.

Penisilliineihin liittyvistä beetalaktaameista on tullut maailman laajimmin käytetty antibiootti. Amoksisilliini, puolisynteettinen penisilliini, jonka Beecham Research Laboratories kehitti vuonna 1970, on yleisimmin käytetty.

Lääkekestävyys

Fleming varoitti Nobel -luennollaan mahdollisuudesta penisilliiniresistenssiin kliinisissä olosuhteissa ja sanoi:

Voi tulla aika, jolloin penisilliiniä voi ostaa kuka tahansa kaupoista. Sitten on olemassa vaara, että tietämätön mies voi helposti aliannostaa itsensä ja altistaa mikrobinsä tappamattomille määrille lääkettä, jolloin ne ovat resistenttejä.

Vuonna 1940 Ernst Chain ja Edward Abraham ilmoittivat ensimmäisestä viitteestä antibioottiresistenssistä penisilliinille, E. coli -kannalle, joka tuotti penisillinaasientsyymiä , joka kykeni hajottamaan penisilliinin ja täysin estämään sen antibakteerisen vaikutuksen. Chain ja Abraham selvittivät penisillinaasin kemiallisen luonteen, jonka he raportoivat Naturessä seuraavasti:

Päätellä, että vaikuttava aine on entsyymi on peräisin siitä, että se tuhoutuu kuumentamalla 90 ° C: ssa 5 minuuttia ja inkuboimalla papaiinilla aktivoidaan kaliumsyanidin pH: ssa 6, ja että se on ei-dialysoitavissa kautta ' Sellofaani ' kalvot.

Vuonna 1942 Staphylococcus aureus -kantojen dokumentoitiin kehittäneen voimakkaan vastustuskyvyn penisilliinille. Suurin osa kannoista oli resistenttejä penisilliinille 1960 -luvulle mennessä. Vuonna 1967 Streptococcus pneumoniaen raportoitiin olevan myös penisilliiniresistentti. Monet bakteerikannat ovat lopulta kehittäneet resistenssin penisilliinille.

Huomautuksia

Viitteet

Lue lisää

Ulkoiset linkit

• Antibioottien historia , arkistoitu alkuperäisestä 14. toukokuuta 2002 , haettu 6. elokuuta 2013, Princetonin yliopiston tarjoamalta kurssilta
• Keskustelu alahuoneessa löydön historiasta ja tulevaisuudesta.