Биография и научные достижения А. Флеминга

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Ранние годы

Сэр Александр Флеминг (англ. Sir Alexander Fleming, 6 августа 1881, Дарвел -- 11 марта 1955, Лондон) -- британский бактериолог.

Шотландский бактериолог Александер Флеминг родился в графстве Эйршир в семье фермера Хью Флеминга и его второй жены Грейс (Мортон) Флеминг. Он был седьмым ребенком у своего отца и третьим - у матери. Когда мальчику исполнилось семь лет, умер отец, и матери пришлось самой управляться с фермой; ее помощником был старший брат Флеминга по отцу, Томас. Флеминг посещал маленькую сельскую школу, расположенную неподалеку, а позже Килмарнокскую академию, рано научился внимательно наблюдать за природой. В возрасте 13 лет он вслед за старшими братьями отправился в Лондон, где работал клерком, посещал занятия в Политехническом институте на Риджент-стрит, а в 1900 г. вступил в Лондонский шотландский полк. Флемингу нравилась военная жизнь, он заслужил репутацию первоклассного стрелка и ватерполиста; к тому времени англо-бурская война уже кончилась, и Флемингу не довелось служить в заморских странах.

Спустя год он получил наследство в 250 фунтов стерлингов (что составляло почти 1200 долларов - немалую сумму по тем временам) и по совету Томаса подал документы на национальный конкурс для поступления в медицинскую школу. На экзаменах он получил самые высокие баллы и стал стипендиатом медицинской школы при больнице св. Марии. Флеминг изучал хирургию и, выдержав экзамены, в 1906 г. стал членом Королевского колледжа хирургов. Оставаясь работать в лаборатории патологии профессора Алмрота Райта больницы св. Марии, он в 1908 г. получил степени магистра и бакалавра наук в Лондонском университете.

Он, еще, будучи на Военно-медицинской службе, успешно разработал вакцинацию против брюшного тифа. Но у Райта были ещё и другие идеи, направленные на стимуляцию пациентов, уже страдающих от бактериальных инфекций, с целью вызвать немедленный ответ на эти инфекции путем активации «антител». Он пытался измерять количество этих антител в крови пациента. Это требовало новых методов и значительного труда. Группа молодых людей, которые присоединились к Райту, в том числе Джон Фриман, Бернар Спилсбери и Джон Уэллс, были уже не в состоянии справиться с этой работой. Поэтому и Флеминг был приглашен присоединиться к команде, как только он получил ученую степень в 1906 году.

Попав, таким образом, в первую исследовательскую лабораторию, прикрепленную к больнице, Флеминг оставался там до самой его смерти пятьюдесятью годами спустя. В 1946 году он стал директором Института. Флеминг приобрел всемирную известность как первооткрыватель пенициллина. Во время Первой мировой войны Флеминг служил капитаном в Королевской медицинской армии. Он и многие его коллеги работали в госпиталях на поле боя на западном фронте во Франции. В 1918 году Флеминг вернулся в госпиталь Святой Марии, где он был избран профессором бактериологии в 1928 году.

2. Исследования до пенициллина

За период своих исследований Флеминг внес значительный вклад в развитие медицины, поскольку, как и его начальник, Райт, он постоянно пытался изучить что-то новое. Первый из них, как и некоторые последующие вклады, был в сфере технических методов. Райт предложил множество необычных способов микроизмерения с помощью капиллярных трубок, стекла, резиновых сосок, и калибровки по ртути. Флеминг быстро заметил, что они могут помочь в диагностике по выявлению сифилиса, которая была разработана Вассерманом и некоторыми другими учеными в Германии. Его методики позволили провести тест с 0,5 мл крови пациента, взятых из пальца, вместо 5 мл, которые ранее нужно было брать из вены.

Очень скоро возникли другие технические трудности, связанные с разработками методов по лечению сифилиса. Райт был очень заинтересован открытием Эрлиха о целебных свойствах диоксидиаминоарсенобензина дигидрохлорида, известного больше как «Сальварсан» или «606». Инъекция должна была осуществляться в вену, а в то время с этим были связаны некоторые трудности. Флемингу удалось справиться с этой работой, и в одном из первых докладов, опубликованных на английском языке, он рассказал о технике и результатах, полученных в результате работы с 46 пациентами.

Во время Первой мировой войны Флеминг сразу подключился к решению множества возникших проблем. Стало очевидно, что бактериальная инфекция в глубоких ранах от взрывчатых веществ погубит очень много жизней и лишит огромное количество людей их конечностей. К Райту обратились с просьбой создать лабораторию по изучению этих инфекций во Франции, и он взял Флеминга с собой в звании капитана, R.A.M.C. Эта лаборатория оказалась первой исследовательской медицинской лабораторией военного времени, она была создана в казино в Булони.

Первый доклад Флеминга в начале 1915 года рассказал о присутствии в ранах большого количества видов микробов, некоторые из которых были ещё совсем незнакомы большинству бактериологов в то время, также он указал, что в самых серьёзных ранах преобладали стрептококки. Оказалось, что многие из раневых инфекций были вызваны микробами, присутствующими на фрагментах одежды и грязи, которые попадали глубоко в ткани со снарядом.

Наблюдения за ранами привели также ещё к одному важному заключению о том, что применение антисептиков в течение нескольких часов после ранения не полностью уничтожает бактериальные инфекции, хотя многие хирурги так считали. Райта это нисколько не удивило, но им с Флемингом пришлось провести много месяцев в напряженной работе по исследованию данного вопроса, чтобы убедить хирургов, что последние находятся на неправильном пути.

Они пришли к выводу (Райт и Флеминг), что к неудачам приводили два фактора: во-первых, антисептики не достигали всех микробов, потому что очень часто последние проникали глубоко в ткани костей, хрящей, мышц и т.д.

И, во-вторых, антибактериальная активность используемого раствора очень быстро уменьшалась при взаимодействии с белковыми и клеточными элементами лимфы, гноя, крови и окружающих рану тканей; раствор, таким образом, уничтожал лейкоциты пациентов, которые в естественных условиях представляют собой очень эффективный защитный механизм.

Работа, на которой основаны эти два важнейших вывода почти полностью принадлежала Райту, но Флеминг, который помогал в работе, внес ценный вклад в технической сфере. Именно он провел опыты с «искусственной раной», из которых стало очевидно, что антисептикам не удавалось достичь глубоких участков ран и приводить к гибели там микробов.

Другим простым устройством, которое Флемингу удалось адаптировать (с должным признанием её автора, доктора Битти) к исследованию антисептиков, являлось покрытие жидких культур подходящих газообразующих организмов расплавленным вазелином. Рост культур приводил к образованию газов и поднятию вазелина в колонке, изменение объёма давало приблизительное представление о росте культур. С помощью этого метода можно было легко продемонстрировать, что активность многих антисептиков значительно уменьшалась в белковых жидкостях, таких как сыворотка крови, а также удивительным оказалось то, что при определенных концентрациях антисептиков (в том числе карболовой кислоты, йода, хлорноватистой кислоты, гипохлорита натрия и хлорамина-Т) бактериальный рост даже возрастал. (Используя это же устройство, Флемингу также удалось продемонстрировать, что клостридия, возбуждающая заболевание гангрены, дала гораздо более обильную культуру при выращивании совместно с аэробными организмами из ран, такими как стафилококки и стрептококки).

Удалось выявить ещё один аспект «антисептической проблемы», когда Райт и Флеминг перенесли свое внимание на антибактериальное воздействие лейкоцитов в инфицированной ране. Они обнаружили, что, при благоприятных условиях, лейкоциты гноя и крови могли уничтожать очень большой количество стафилококков и стрептококков, а под влиянием антисептиков этот эффект часто уменьшался. В сложившейся ситуации гениальная склонность Флеминга к простым устройствам снова не подвела: сперва он прикладывал стеклянную пластинку к ране, а затем сразу же на неё наносил питательную среду Агар-агар. Он провел несколько таких опытов на ране с разной степенью промывки антисептиком и заметил, что рост бактерий был обильнее в более поздних культурах. Видимо антисептики губили лейкоцитов, которые так необходимы для предотвращения размножения микробов.

Убедительное опытное подтверждение заключений Флеминга было проведено им после войны с использованием техники «слайд ячейки». Методика позволила легко показать, что при попадании микробов в кровь лейкоциты оказывают очень сильное бактерицидное действие, а при добавлении антисептиков эффект значительно снижается, или полностью ликвидируется.

Описание исследований Флеминга по раневым инфекциям было изложено в его Хантерийской лекции в Королевском колледже хирургов в 1919 году, и в его же сообщении «Сравнение деятельности антисептиков на бактерии и лейкоциты» в Королевском обществе в 1924 году.

Долгие размышления Флеминга и Райта на тему физиологических механизмов защиты ран при попадании инфекции привели их в 1922 году к открытию микроборастворяющего фермента, содержащегося в носовых выделениях, который он назвал «лизоцим». В некотором смысле это открытие было двойным: вещество было литическим агентом, и, как оказалось, многие микробы оказались чувствительны к его действию.

В Королевском обществе Флеминг рассказал, как он ежедневно выделял культуры из носовой секреции пациента (на самом деле его собственной) в ходе «простуды». Первые четыре дня почти ничего не появлялось, но в последний день возникло «большое количество мелких колоний, которые оказались грам-положительнымикокками, которые распределялись нерегулярно, но с тенденцией к диплоккокной и тетрадной формации». С помощью Райта ему впоследствии удалось открыть микроба, который ранее не был известен, и назвал его Micrococcus Lysodeicticus (то есть растворимые).

До сих пор не совсем ясно, что заставило Флеминга исследовать носовую слизь и обнаружить вещество, которое оказывает мощное литическое действие на микробов. Вероятно, на некоторых участках пластины, где присутствовали частицы слизи, подавлялся или предотвращался рост микрококкуса. В любом случае, видимо, он подозревал это, и его подозрение подтвердилось, когда он приготовил суспензию из микробов из свежей культуры и добавил к ней каплю разбавленной носовой слизи. К его удивлению суспензия стала совершенно прозрачной уже через минуту или две.

Последующие эксперименты показали, что подобный эффект растворения микробов может быть продемонстрирован и с человеческими слезами, мокротой, слюной, с экстрактами многих тканей человеческого тела, а также с яичным белком и другими животными и растительными тканями.

Как ни странно, ни один другой микроб не растворялся настолько хорошо, как Micrococcus Lysodeicticus, хотя многие другие микробы, являющиеся возбудителями заболеваний человека, также подвергались воздействию, но только в меньшей степени. Был сделан очень важный вывод о том, что фермент лизоцим может быть получен из человеческих лейкоцитов. Бактерицидное действие лейкоцитов, полученных из человеческой крови, которое Райт и Флеминг демонстрировали во время войны, возможно, были связаны с действием этого фермента.

В целом открытие лизоцима, возможно, не было огромным интеллектуальным подвигом, но следует помнить, что сотни бактериологов во всем мире изучали носовые выделения в течение многих лет в надежде найти организмы, ответственные за «простуду», но ни одному из них не удалось открыть этот фермент. Флемингу также не удалось найти причину простуды, но открытие лизоцима, несомненно, стало важным этапом в развитии иммунологии.

3. Случайное открытие

«Когда я проснулся на рассвете 28 сентября 1928 года, я, конечно, не планировал революцию в медицине своим открытием первого в мире антибиотика или бактерии-убийцы», затем Флеминг сказал: «Но я полагаю, что именно это я и сделал».

К 1928 году Флеминг исследовал свойства стафилококков. Он уже был известен своими ранними работами и получил репутацию блестящего исследователя, но при этом его лаборатория часто была неопрятной. 3 сентября 1928 года Флеминг вернулся в свою лабораторию, проведя август со своей семьей. Перед отъездом он собрал все свои культуры стафилококков на скамейке в углу его лаборатории. Вернувшись, Флеминг заметил, что на одной пластине с культурами появились плесневые грибы, и что присутствовавшие там колонии стафилококков были уничтожены, в то время как другие колонии были в норме. Флеминг показал загрязненные грибами культуры своему бывшему помощнику Мерлину Цена, который сказал: «Вот так же Вы и открыли лизоцим». Флеминг отнес грибы, выросшие на пластине с его культурами, к роду пеницилловых, и, спустя несколько месяцев, 7 марта 1929 года назвал выделенное вещество пенициллином.

Флеминг исследовал положительное антибактериальное воздействие пенициллина на множество организмов, и заметил, что он воздействует на такие бактерии, как стафилококки и многие другие грамположительные возбудители, которые вызывают скарлатину, пневмонию, менингит и дифтерию. Но не помогает от таких заболеваний как брюшной тиф или паратиф, возбудителями которых являются грамотрицательные бактерии, от которых Флеминг также пытался лечить в то время. Он также действует на Neisseria гонореи, которая вызывает гонорею, хотя эти бактерии и являются грамотрицательными.

Флеминг не был химиком, поэтому не был в состоянии извлечь и очистить активное вещество. Поэтому он не мог использовать пенициллин в качестве терапевтического средства, но мысли об этом не покидали его голову. Он писал:

«Пенициллин при взаимодействии с чувствительными микробами имеет некоторые преимущества над известными химическими антисептиками. Хороший образец полностью уничтожит стафилококков, стрептококков пиогенес и пневмококков даже при разведении 1 к 800. Он является более мощным ингибиторным агентом, чем карболовая кислота, и может быть применен к зараженным поверхностям и в неразбавленном состоянии, не вызывая раздражения и интоксикации. Даже при разведении в 800 раз он обладает более сильным действием, чем другие антисептики. Эксперименты, связанные с лечением гнойных инфекций подтвердили, что это открытие действительно привело к прогрессу в медицине».

Последний из упомянутых экспериментов не описан. Следует отметить, что в это время Флеминг имел в виду только местное применение пенициллина, он и представить не мог, что.

«Он может циркулировать в крови и жидкостях организма в достаточном количестве, чтобы уничтожить чувствительные к нему бактерии в сочетании с естественной защитой тела без нанесения вреда другим тканям».

Прежде чем перейти к изучению других вопросов, Флеминг показал как даже необработанный фильтрат, содержащий пенициллин может быть использован в бактериологии как средство подавления роста нежелательных микробов в определенных культурах, например, для изоляции от Б-пиртусиса при коклюше. флеминг пенициллин антисептический бактериолог

Флеминг опубликовал свое открытие в 1929 году в Британском журнале Экспериментальной Патологии, но его статье было уделено мало внимания. Флеминг продолжал свои исследования, но обнаружил, что работать с пенициллом было очень трудно, и что после того, как выросла плесень, ещё труднее стало изолировать антибиотик от агента. Производство пенициллина Флемингом оказалось довольно медленным, и он боялся, что по этой причине пенициллин не будет иметь важное значение при лечении инфекции. Флеминг также убедился, что пенициллин не может существовать в теле человека (в естественных условиях) настолько долго, чтобы быть способным эффективно убивать бактерии. Многие клинические испытания оказались безрезультатными, вероятно, потому, что пенициллин был использован в качестве поверхностного антисептика. До 1940-го годах Флеминг все продолжал свои опыты, пытаясь разработать методику быстрого выделения пенициллина, которую можно было бы использовать в дальнейшем для более масштабного применения пенициллина.

Вскоре, после того как Флеминг перестал работать с пенициллином, Флори и Чейн продолжили исследования и массовое производство его за счет средств правительства США и Англии. Спустя некоторое время им все-таки удалось произвести достаточно пенициллина для лечения всех раненых.

4. Очистка и стабилизация

Попыткой очистить и выделить пенициллин занимались Чейн и Флори в Оксфорде в 1940 году. Экстракцией эфиром им удалось выделить достаточно чистый материал для предварительных испытаний его антибактериальной эффективности на лабораторных животных, зараженных соответственно вирулентными стафилококками, стрептококками и хлостридиумсептиками. (Позже оказалось, что состав, используемый в этих исследованиях, содержал лишь около 1 % пенициллина.) Опыты были удивительно успешными, и ученые призвали Флори и его команду участвовать в разработке методов по извлечению. Раствор эфира был заменен на амилацетат с последующим подкислением. Таким способом были получены более стабильные образцы пенициллина и удалены излишние примеси.

Выводы Флеминга о нетоксичности пенициллина для лабораторных животных и человеческих лейкоцитов были подтверждены и расширены, и уже в 1941 году получены положительные результаты по лечению нескольких тяжелых инфекций человека. Сразу же последовали и другие удовлетворительные результаты по лечению этим антибиотиком, таким образом, пенициллину было суждено занять уникальное место среди эффективных средств против человеческих болезней. Остеомиелит и стафилококковая септицемия, родильная горячка и другие инвазивные стрептококковые инфекции, пневмония, инфекции ран и ожогов, газовой гангрены, сифилис и гонорея -- лечение всех этих заболеваний было очень успешным. К 1944 году, благодаря огромным усилиям американских производителей и исследовательских групп, стало возможным лечить пенициллином каждого раненого на фронте. Когда война закончилась, поставки были достаточными, чтобы лечить население этой страны и Северной Америки. В послевоенные годы было обнаружено, что даже бактериальный эндокардит, который ранее считался смертельным заболеванием почти у 100 % пациентов, часто может быть излечен большими дозами.

Флеминг был скромен в своем участии в разработке пенициллина, описывая свою известность как «Миф Флеминга». Он был первым, кто обнаружил активные свойства вещества, что дало ему привилегию назвать его: пенициллин. Также он хранил, выращивал и распространял исходную плесень в течение двенадцати лет, и продолжал делать это до 1940 года, пытаясь получить помощь от любого химика, который имел достаточно навыков, чтобы выделить из неё пенициллин. Сэр Генри Харрис сказал в 1998 году:

«Без Флеминга не было бы Чейна; без Чейна не было бы Флори; без Флори не было бы Хитли; без Хитли не было бы пенициллина».

Все эти открытия были сделаны благодаря усилиям Флеминга с одной стороны в 1928--1929 годы, Чейна и Флори с их коллегами с другой стороны в 1940--1943 годы. Было отмечено, что работа Флеминга с пенициллом стояли наравне с другими более ранними работами на континенте. В одной из них, Ваудремер из Института Пастера в Париже сообщил, что при длительном контакте с плесенью Aspergillus fumigatus происходила гибель инфекции туберкулезной палочки и, на основании этого наблюдения, он пытался лечить более 200 пациентов, страдающих от туберкулеза. Но опыт оказался совершенно безрезультатным. Аналогичные опыты были проведены и с другими формами плесени и бактерий. Ясно, что антагонизм между различными микробиологическими родами и видами был «в воздухе» на протяжении нескольких лет, и Флеминг сам признал это в своей Нобелевской лекции в 1945 году.

Ясно также, что работа Флеминга принесла на свет новое вещество, которое оказалось не токсичным для тканей животных и для человеческих лейкоцитов. Все оставалось бы на том же этапе в течение целых десятилетий, если бы Флори не занялся своими исследованиями, а также если бы не было химических ноу-хау Чейна, и их совместного терпения и энтузиазма по преодолению многих трудностей, и, возможно, пенициллин ещё нельзя было бы использовать в качестве практического терапевтического агента.

5. Антибиотики

Случайное открытие Флеминга и выделение пенициллина в сентябре 1928 года знаменовало начало современным антибиотикам. Флеминг также обнаружил, что бактерии обладали устойчивостью к антибиотикам, если действовали малым количеством пенициллина, либо если антибиотик употреблялся слишком короткое время. Алмрот Райт предсказал устойчивость к антибиотикам ещё до того, когда это было обнаружено экспериментально. Флеминг рассказал об использовании пенициллина в его многочисленных выступлениях по всему миру. Он предупредил, что не стоит использовать пенициллин, пока заболевание не будет диагностировано, а если антибиотик все-таки необходим, то нельзя использовать пенициллин в течение короткого времени и в совсем малых количествах, поскольку при этих условиях у бактерий развивается устойчивость к антибиотикам.

6. Личная жизнь

Популярная история о том, что отец Уинстона Черчилля оплачивал образование Флеминга после того, как отец Флеминга спас юного Уинстона от смерти, является легендой. Александр Флеминг в письме своему другу и коллеге Андре Грация описал эту историю как «чудесные сказки».

«Я не спасал жизнь Уинстона Черчилля во время Второй мировой войны. Когда Черчилль заболел в Карфагене в Тунисе в 1943 году, он был спасен лордом Мораном, который использовал сульфаниламиды, поскольку он не имел опыта работы с пенициллином. Хотя Дейли телеграф 21 декабря 1943 написали, что он был спасен пенициллином, на самом деле ему помог новый препарат сульфаниламид, сульфапиридин, известный в то время под кодовым названием M & B 693, открытый и полученный фирмой Май и Бэйкер Лтд (Дагенхам, Эссекс) -- дочерней компанией французской группы „Рон-Пуленк“.

В последующей радиотрансляции Черчилль упомянул новое лекарство:

„Замечательный M & B“. Вполне вероятно, что достоверная информация о сульфаниламидах не дошла до газет, и поскольку настоящий антибактериальный препарат сульфаниламида, пронтозил, был открыт немецкой лабораторией Байер, а Великобритания в то время находилась в состоянии войны с Германией, было решено, что лучше поднять боевой дух британских солдат историей лечения Черчилля пенициллином».

Первая жена Флеминга, Сара, умерла в 1949 году. Их единственный ребенок, Роберт Флеминг, стал врачом. После смерти Сары Флеминг женился на гречанке Амалии Котсури-Вурекас, коллеге по госпиталю Святой Марии, 9 апреля 1953 года; она умерла в 1986 году. Спустя три года он умер от инфаркта миокарда в возрасте 73 лет.

Размещено на Allbest.ru