پنی سیلین: فلمینگ، فلوری، و چِین – داستان کشف پنی‌سیلین

شاید معروفترین اکتشاف تصادفی مهم، کشف پنی سیلین به دست سر الگزاندر فلمینگ باشد. در این اکتشاف، بخت بیش از آنچه اکثر افراد تصور می کنند دخالت داشته است. زندگی فلمینگ مملو از وقایع بظاهر نامربوطی است که در عین حال اگر حتی یکی از آنها هم روی نمی داد، چه بسا فلمینگ به اوجی که بدان دست یافت، نمی رسید، و همان گونه که دوست و همکارش پروفسور س. آ. پانت به هنگام مرگش در ستایش او گفت: “شخص احساس می کند نمی تواند آنها را ناشی از تصادف محض بداند.”

الگزاندر فلمینگ در 1881 در روستای آیرشایر اسکاتلند به دنیا آمد. وقتی هفت ساله بود پدرش در گذشت، و مسئولیت اداره مزرعه و مسئولین چهار فرزند تنی و چند فرزند ناتنی به دوش مادر الگزاندر افتاد. وقتی پنجساله بود پیاده به مدرسه در 5/1 کیلومتری می رفت، و وقتی دهساله شد، مجبور بود فاصله 5/6 کیلومتری خانه تا مدرسه را پیاده طی کند. هنگامی که به 12 سالگی رسید مدرسه اش بیش از 25 کیلومتر با خانه فاصله داشت، بنابراین در آکادمی کیلمارناک اقامت گزید، با این حال مجبور بود در تعطیلات آخر هفته حدود 20 کیلومتر از ایستگاه قطار تا منزل را طی کند. پس از یک سال اقامت در کیلمارناک به لندن یش برادرش رفت و تحصیلات خود را پلی تکنیک ادامه داد. اما این دوران دیری نپایید، چون الگزاندر توان مالی تحصیل در آنجا را نداشت. فلمینگ 16 ساله در یک شرکت کشیرانی استخدام شد، و کمی از وقت خود را با نیروهای داوطلب اسکاتلندی مقیم لندن گذراند. او در تیم واترپلوی این گروه بازی می کرد، و یک بار با تیمی از بیمارستان سن مری وابسته به دانشگاه لندن، مسابقه دادند.

چند سال بعد ارث مختصری به او رسید، و برادرش او را تشویق کرد تا وارد دانشکده پزشکی شود. در لندن 12 دانشکده پزشکی بود، و فلمینگ از هیچکدامشان شناختی نداشت – جز یکی که بیمارستان سن مری وابسته به آن بود و تنها چیزی که می دانست این بود که یک تیم واترپلو دارد، و به همین دلیل به آنجا رفت. در همان هنگام بود که المرات رایت به عنوان مدرس باکتری شناسی در آن دانشکده مشغول به کار شد. فلمینگ در ابتدا تصمیم داشت جراح شود، اما پس از فارغ التحصیلی، شغلی در آزمایشگاهی که در آن موقع سر المرات رایت سرپرستی آن را به عهده داشت به او پیشنهاد شد، و فلمینگ تا پایان عمر خود را در آن آزمایشگاه گذراند و در 1929 استاد باکتری شناسی شد. طی جنگ جهانی اول فلمینگ و رایت به فرانسه اعزام شدند تا به معالجه سربازان زخمی بپردازند.

آن زمان پزشکان برای درمان جراحتهای جنگی از مواد ضدعفونی کننده استفاده می کردند. اما فلمینگ متوجه شد که فنول (یا اسید کربنیک که رایجترین ماده ضد عفونی کننده آن زمان بود) بیشتر ضرر دارد تا فایده، چون گویچه های سفید خون را سریعتر از باکتریها نابود می کند، و فلمینگ می دانست که این اثر زیانمند است چون گویچه های سفید مدافعان طبیعی بدن در برابر باکتریها هستند. در 1922 فلمینگ بر حسب تصادف میکروب کشی کشف کرد که باکتریها را از بین می برد، اما بر گویچه های سفید اثری نمی گذاشت. هنگامی که فلمینگ دچار زکام شد، از ترشحات بینی خود کشتی تهیه کرد. همچنان که ظرف کشت را که پر از باکتریهای زرد رنگ بود بررسی می کرد، اشکی از چمش به درون ظرف افتاد. روز بعد روز بعد وقتی کشت را مطالعه کرد، در قسمتی که اشک ریخته بود فضای شفافی دید. کنجکاوی و تیزبینی اش او را به نتیجه صحیح راهنمایی کرد: در اشک ماده ای بود که باعث تخریب سریع (لیز) باکتریها می شد، اما به بافت انسان آسیبی نمی رساند. او این آنزیم ضد میکروبی اشک را لیزوزیم نامید. معلوم شد که این آنزیم اهمیت کاربردی آنچنانی ندارد، چون میکروبهایی که لیزوزیم از بین می برد نسبتا بی ضرر هستند، اما چنان که سپس خواهیم دید، این اکتشاف مقدمه ضروری کشف پنی سیلین بود.

در تابستان 1928 فلمینگ مشغول تحقیق درباره آنفولانزا بود. ضمن انجام کارهای معمول آزمایشگاهی که می بایست کشتهای باکتریایی را که در ظرف های پهن درپوش دار رشد کرده بودند زیر میکروسکوپ بررسی کند متوجه شد که در یکی از ظرفها ناحیه شفافی به وجود آمده است. تحقیقات بیشتر نشان داد که ناحیه شفاف در اطراف نقطه ای بود که ظاهرا وقتی سرپوش ظرف گذاشته نشده بود، تکه ای کپک به درون آن افتاده بود. فلمینگ با به خاطر آوردن تجربیاتش در زمینه لیزوزیم، نتیجه گرفت کپک چیزی تولید می کرد که باعث مرک باکتریهای استافیلوکوک در ظرف کشت شده بود. فلمینگ تعریف کرد: اگر تجربیات قبلی ام … (نبود) درباره لیزوزیم چه بسا در مورد کاری که بسیاری از باکتری شناسان دیگر قبلا کرده بودند ظرف را به دور می انداختم. به احتمال زیاد برخی از باکتری شناسان نیز متوجه تغییراتی مشابه آنچه من دیدم شده بودند، اما از آنجا که علاقه ای به مواد ضدباکتریایی طبیعی وجود نداشت، کشتها را به دور انداخته بودند. من به جای آنکه به رسم زمانه کشتهای آلوده را دور بیندازم، تحقیقاتی انجام دادم.

فلمینگ کپک را جدا کرد و آن را به عنوان یکی از اعضای پنی سیلیوم شناخت، و ماده آنتی بیوتیکی را که تولید می کرد پنی سیلین نامید. بعدها گفت: “هزاران کپک مختلف وجود دارد و هزاران باکتری مختلف، و اینکه بخت کپک را در لحظه مناسب در نقطه مناسب بگذارد مثل برنده شدن در مسابقه بخت آزمایی بود. ” ذکر “هزاران باکتری مختلف” آن قدر هم بی مورد نبود، چون گرچه پنی سیلین برای باکتریهای متعددی، از جمله استافیلوکوک، مرگبار بود، اما بر برخی از انواع دیگر باکتریها اثری ندارد. خوشبختانه باکتریهایی که پنی سیلین از بین می برند، سبب بسیاری از عفونتهای شایع و خطرناک در انسان هستند. البته در 1928 استفاده از کپک برای مقابله با عفونت ابتکار کاملا نوینی نبود. لویی پاستور و همکارش ژ. ف. ژوبر در 1877 نشان داده بودند که گاهی میکروبی از رشد میکروبی دیگر جلوگیری می کند. نوشته اند که در عهد باستان مصریان و رومیان از کپک نان استفاده می کردند، اما هزاران کپک مختلف بر نان می رویند که تنها چند نوع آنها چیزی تولید می کنند که بتواند با عفونت مقابله کند.

قاعدتا فلمینگ هم از این مسئله مطلع بود، و به همین جهت درمی یابیم که چرا شگفت زده شد. فلمینگ در ادامه نشان داد که پنی سیلین برای جانوران سمی نیست و به یاخته های بدن آسیبی نمی رساند: همین سمی نبودن پنی سیلین برای گویچه های سفید بود که باعث شد متقاعد شوم روزی به عنوان ماده ای دارویی شناخته خواهد شد. وقتی پنی سیلین خام در خون انسان آزمایش می شد، رشد استافیلوکوک ها را در رقت 1 در 1000 کاملا مهار می کرد، اما اثر سمی آن بر گویچه های سفید چیزی بیش از محیط کشت اولیه نبود. آن را به جانوران نیز تزریق کردم، و ظاهرا هیچ اثر سمی نداشت. چند آزمایش ابتدایی (بر بیماران) نتایج مطلوبی داد اما اتفاق معجزه آسایی نیفتاد، و فهمیدم که باید آن را غلیظ می کردیم. سعی کردی پنی سیلین را تلغیظ کنیم اما دریافتیم که پنی سیلین به سرعت خراب می شود، و روشهای نسبتا ساده ما فایده ای نداشتند. در همین هنگام موفقیت چشمگیر سولفانیل آمید باعث شده بود شیمی درمانی توجه همگان را به خود جلب کند.

همکاری هرالد رایستیریک و فلمینگ برای جداسازی و تغلیظ پنی سیلین با شکست مواجه شد، و تا چندین سال بعد دیگر کار مهمی درباره پنی سیلین انجام نگرفت. در اواخر دهه 1930 هاوارد فلوری استاد آسیب شناسی دانشگاه آکسفرد همکاری پژوهشی خود را با ارنست بوریس چین، پناهنده ای یهودی که از آلمان هیتلری گریخته بود و به سفارش فلوری به آکسفرد آمده بود، آغاز کرد. آن دو تحقیق درباره لزوزیم، همان آنزیم ضد باکتریایی که فلمینگ کشف کرده بود، و دیگر مواد ضد باکتریایی طبیعی را شروع کردند. چندی نگذشت که پژوهشهای آنا بر پنی سیلین که به نظر آنان امید بخش ترین این عوامل بود متمرکز بود. گروه آکسفرد با بهره گیری از روشهای پیچیده شیمیایی برای جداسازی و تغلیظ که امکانات آن در آکسفرد وجود داشت و فلوری و چین با آن آشنا بودند (و چنین امکاناتی در بیمارستان سن مری برای فلمینگ وجود نداشت) موفق شدند پنی سیلین را آنقدر تغلیظ و تصفیه کنند که خواص درمانی آن را ابتدا در مقابله با عفونتهای تجربی در موش و بعدا در افراد بیماری که از عفونتهای استافیلوکوکی و دیگر آلودگیهای خطرناک رنج می بردند به اثبات رساندند. (نخستین پنی سیلین را که در انسان استفاده می شد با آنکه پنی سیلین را از ادرار بیماران جدا می کردند و مجددا مورد استفاده قرار می دادند، اما برخی آزمایشهای بالینی به دلیل کمیاب بودن این دارو ناتمام ماندند).

به سبب ضرورت بهره گیری سریع از توانایی پنی سیلین در مقابله با بیماریها 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 امریکا رفت تا روشهای استخراج و تولید پنی سیلین در انگلستان را شرح دهد، و شیمیدانان دو سوی اقیانوس اطلس به طور خستگی ناپذیری کار می کردند تا ساختار شیمیایی پنی سیلین را تعیین کنند و از راه تخمیر یا تولید آزمایشگاهی آن را به دست آورند. این مولکول پیچیده و ناپایدار برای نخستین بار سالها پس از جنگ به طور صناعی تهیه شد، اما پیشرفت در گسترش تولید آن از را تخمیر در مدت جنگ به نحوی استثنایی سریع بود. استفاده از پنی سیلین نه تنها جان هزاران نفر را طی جنگ جهانی نجات داد، بلکه عاملی شد تا برای کشف آنتی بیوتیک های دیگر، از جمله خانواده ای از ترکیبات مشابه شیمیایی پنی سیلین به نام سفالوسپورین ها، پژوهشهایی انجام گیرد. برخی از این آنتی بیوتیک های جدید، در مبارزه با باکتری هایی که به پنی سیلین مقاوم اند موثر هستند. فلمینگ، فلوری و چین جایزه نوبل در فیزیولوژیکی یا پزشکی را در 1945 مشترکا برنده شدند. هر سه متعاقبا به خاطر پژوهشهایشان که منجر به تسکین آلام و نجات جانهای بی شماری شده بود، به لقب “سر” نائل آمدند. سر الگزاندر فلمینگ به بهره ای که از بخت برد آگاه بود. یک بار گفت: “سرگذشت پنی سیلین سرگذشت عاطفی خاصی دارد، و نشان می دهد که چقدر بخت، اقبال، سرنوشت، قضا و قدر، یا هر چیزی را که اسمش را می گذارید، در زندگی هر کس نقش دارد.” باید اضافه کنم که اگر نبود هوشمندی و ذکاوت فلمینگ، تصادف هایی که برایش اتفاق می افتادند به هیچ چیزی نمی انجامیدند.

نوشته رویستون م. رابرتس – ترجمه محی الدین غفرانی – مجله دانشمند دهه 60