Alexander Fleming i odkrycie penicyliny - historia i rola

Alexander Fleming to szkocki bakteriolog i farmakolog, który w 1928 roku dokonał jednego z najważniejszych odkryć w historii medycyny, identyfikując substancję produkowaną przez pleśń Penicillium notatum, zdolną do niszczenia bakterii. Substancja ta, nazwana penicyliną, stała się pierwszym prawdziwym antybiotykiem stosowanym w leczeniu ludzi i zrewolucjonizowała całą medycynę zakaźną XX wieku. Fleming podzielił Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1945 roku z Howardem Floreyem i Ernstem Chainem, którzy opracowali metody oczyszczania i masowej produkcji leku.

Odkrycie Fleminga często opisywane jest jako owoc szczęśliwego przypadku, jednak w rzeczywistości było efektem wieloletnich obserwacji i dociekliwości badacza. Bez jego rozległej wiedzy mikrobiologicznej i umiejętności dostrzeżenia anomalii w hodowli bakteryjnej, zjawisko to zostałoby najpewniej zlekceważone. Odkrycie penicyliny odmieniło los milionów ludzi, ratując życie przed zakażeniami, które wcześniej były śmiertelne.

Życiorys Alexandra Fleminga

Alexander Fleming urodził się 6 sierpnia 1881 roku w Lochfield w hrabstwie Ayrshire w Szkocji, w rodzinie rolniczej. Po ukończeniu szkoły podstawowej przeniósł się do Londynu, gdzie kontynuował edukację. Studiował medycynę w St Mary's Hospital Medical School, uzyskując dyplom z wyróżnieniem w 1906 roku. Wkrótce po ukończeniu studiów dołączył do zespołu badawczego pod kierownictwem Sir Almrotha Wrighta, pioniera szczepień terapeutycznych, z którym pozostał związany przez większość kariery naukowej.

Służba wojskowa i pierwsze odkrycia

Podczas I wojny światowej Fleming służył jako kapitan w Królewskim Korpusie Lekarskim. Na frontach obserwował masowe śmierci żołnierzy spowodowane zakażeniami ran, co utwierdziło go w przekonaniu o konieczności znalezienia skutecznych środków przeciwbakteryjnych. Po powrocie do badań naukowych w 1921 roku odkrył lizozym, enzym obecny w ślinie, łzach i śluzie nosowym, posiadający właściwości bakteriobójcze. Był to pierwszy krok na drodze do penicyliny.

Kariery akademicka i naukowa

W 1928 roku Fleming objął stanowisko Profesora Bakteriologii w St Mary's Hospital w Londynie, gdzie prowadził swoje przełomowe badania. W 1943 roku został wybrany do Fellowship of the Royal Society, a w 1944 roku uhonorowany tytułem szlacheckim. Był też honorowym członkiem wielu towarzystw naukowych na całym świecie. Fleming zmarł 11 marca 1955 roku w Londynie na zawał serca i został pochowany w krypcie katedry St Paul's.

Odkrycie penicyliny w 1928 roku

Kluczowe odkrycie miało miejsce we wrześniu 1928 roku, gdy Fleming powrócił do swojego laboratorium w St Mary's Hospital po letnim urlopie. Zauważył, że jedna z szalek Petriego z hodowlą gronkowców (Staphylococcus) została przypadkowo zanieczyszczona pleśnią. Samo w sobie nie byłoby to niczym niezwykłym, jednak Fleming dostrzegł coś osobliwego: wokół kolonii pleśni bakterie były całkowicie nieobecne, jakby coś hamowało ich wzrost.

Fleming nie wyrzucił skażonej hodowli, lecz poddał ją dalszym badaniom. Zidentyfikował pleśń jako Penicillium notatum (dziś klasyfikowaną jako Penicillium rubens) i wyizolował substancję, którą produkuje. W 1929 roku opublikował wyniki swoich badań w periodyku naukowym, nadając substancji nazwę penicylina. Stwierdził, że:

• penicylina wykazuje silne działanie bakteriobójcze wobec wielu patogennych bakterii,
• jest stosunkowo nieszkodliwa dla tkanek zwierzęcych w stężeniach bakteriobójczych,
• może mieć zastosowanie jako środek antyseptyczny do odkażania ran,
• pleśń Penicillium notatum produkuje substancję czynną jedynie w określonych warunkach temperaturowych i pożywkowych.

Pomimo entuzjazmu Fleminga, ówczesna społeczność naukowa przyjęła jego odkrycie z umiarkowanym zainteresowaniem. Penicylina była trudna do wyizolowania w czystej postaci i utrzymania stabilności chemicznej, toteż przez ponad dekadę pozostawała przede wszystkim ciekawostką laboratoryjną.

Florey, Chain i kliniczne zastosowanie penicyliny

Przełom w praktycznym zastosowaniu penicyliny nastąpił dopiero w latach 40. XX wieku dzięki pracy Howarda Floreysa i Ernsta Chaina na Uniwersytecie Oksfordzkim. Badacze ci podjęli systematyczne badania nad właściwościami antybiotyków opisywanych w literaturze naukowej, w tym nad penicyliną Fleminga.

Prace Floreysa i Chaina (1940-1941)

W 1940 roku Florey i Chain przeprowadzili pierwsze kontrolowane eksperymenty na myszach zakażonych śmiertelną dawką paciorkowców. Myszy, którym podano penicylinę, przeżyły, podczas gdy kontrolna grupa zwierząt zginęła. Był to dowód na kliniczne możliwości substancji odkrytej przez Fleminga. W 1941 roku przeprowadzono pierwsze próby na ludziach z pozytywnymi wynikami. Pierwszym wyleczonym był policjant Albert Alexander cierpiący na ciężkie zakażenie gronkowcowe, choć z powodu niedoboru leku terapię przerwano i pacjent ostatecznie nie przeżył. Kolejne przypadki zakończyły się sukcesem.

Produkcja na skalę przemysłową

Ze względu na trwającą II wojnę światową i pilną potrzebę leczenia ran na froncie, rządy Stanów Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii zaangażowały znaczne środki w opracowanie metod masowej produkcji penicyliny. Do 1945 roku wytwarzano ją w ilościach wystarczających do leczenia dziesiątek tysięcy żołnierzy. Penicylina ocaliła niezliczone życia na frontach II wojny światowej i zdefiniowała całą erę antybiotykoterapii w medycynie powojennej.

Nagroda Nobla i uznanie naukowe

W 1945 roku Alexander Fleming, Howard Florey i Ernst Chain wspólnie otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za odkrycie penicyliny i jej lecznicze działanie w różnych chorobach zakaźnych. Komitet Noblowski podkreślił, że odkrycie to zasługuje na miano jednego z najważniejszych w historii medycyny.

Fleming wykazywał się dużą skromnością wobec przypisywanego mu zasługi. Wielokrotnie podkreślał rolę przypadku i rolę Floreysa oraz Chaina w uczynieniu penicyliny lekiem dostępnym klinicznie. Jego słynna wypowiedź: przypadek sprzyja umysłom przygotowanym, oddaje istotę odkrycia - nie samo skażenie hodowli było przełomem, lecz umiejętność dostrzeżenia jego znaczenia przez doświadczonego badacza.

Znaczenie penicyliny dla medycyny

Odkrycie penicyliny zapoczątkowało erę antybiotyków, która fundamentalnie zmieniła sposób leczenia chorób zakaźnych. Przed jej wprowadzeniem do medycyny zakażenia bakteryjne stanowiły jedną z głównych przyczyn śmiertelności, zarówno wśród cywilów, jak i żołnierzy. Wiele stanów, które dziś uważamy za łatwo uleczalne, np. zapalenie płuc, szkarlatyna czy zakażenie ran, było wówczas nierzadko śmiertelne.

Penicylina działa poprzez hamowanie syntezy ściany komórkowej bakterii, co prowadzi do ich lizy (rozpad komórek). Jej mechanizm działania jest celowany w struktury obecne wyłącznie u bakterii, dlatego jest stosunkowo nieszkodliwa dla komórek ludzkich. Penicylina i jej pochodne pozostają do dziś jednymi z najszerzej stosowanych antybiotyków na świecie.

• Penicylina G (benzylpenicylina) - stosowana dożylnie lub domięśniowo w zakażeniach wywołanych wrażliwymi drobnoustrojami.
• Penicylina V (fenoksymetylopenicylina) - stabilna kwasowo, podawana doustnie.
• Aminopenicyliny (amoksycylina, ampicylina) - szersze spektrum działania niż pierwotna penicylina.
• Penicyliny oporne na beta-laktamazy - skuteczne wobec szczepów gronkowców wytwarzających enzym inaktywujący penicylinę.

Fleming a inne odkrycia i działalność naukowa

Penicylina nie była jedynym wkładem Fleminga w naukę. Jego kariera badawcza obfitowała w ważne obserwacje i odkrycia:

Odkrycie lizozymu (1921)

Siedem lat przed odkryciem penicyliny Fleming identyfikował lizozym, enzym obecny w naturalnych wydzielinach organizmu ludzkiego, m.in. łzach, ślinie i śluzie nosowym. Lizozym wykazuje właściwości bakteriobójcze wobec wielu nieszkodliwych bakterii. Choć sam lizozym nie stał się skutecznym lekiem przeciwzakaźnym, jego odkrycie wzmocniło zainteresowanie Fleminga poszukiwaniem naturalnych substancji o działaniu przeciwbakteryjnym i bezpośrednio poprzedziło odkrycie penicyliny.

Pionier bakteriologii klinicznej

Fleming był jednym z pierwszych badaczy, który systematycznie dokumentował oporność drobnoustrojów na środki antyseptyczne stosowane podczas I wojny światowej. Wykazał, że powszechnie używane antyseptyki mogą niszczyć komórki odpornościowe organizmu szybciej niż bakterie, paradoksalnie utrudniając gojenie ran. Był rzecznikiem ostrożnego i opartego na dowodach podejścia do terapii zakażeń.

Dziedzictwo Fleminga w Polsce i na świecie

Odkrycie Fleminga miało bezpośrednie przełożenie na historię Polski. Podczas II wojny światowej penicylina była stosowana przez aliantów do leczenia ran bojowych, ratując życie tysiącom żołnierzy Polskich Sił Zbrojnych na Zachodzie. Po wojnie penicylina przyczyniła się do dramatycznego spadku śmiertelności z powodu zakażeń pooperacyjnych, zakażeń połogowych i bakteryjnego zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych.

Na całym świecie Fleming jest uważany za jednego z najważniejszych naukowców XX wieku. W rankingach popularności wśród Brytyjczyków zajmuje wysokie miejsca obok Churchilla i Darwina. W 1999 roku magazyn Time umieścił go na liście 100 najważniejszych ludzi XX wieku. Wiele ulic, szpitali i szkół na świecie nosi jego imię.

Problem oporności na antybiotyki

Fleming już w momencie odkrycia ostrzegał przed ryzykiem, które dziś jest jednym z największych wyzwań współczesnej medycyny: oporności bakterii na antybiotyki. W swojej mowie noblowskiej w 1945 roku przestrzegał, że nieodpowiedzialne stosowanie penicyliny - zbyt małe dawki lub za krótkie kuracje - może prowadzić do wykształcenia się opornych szczepów bakteryjnych.

Jego przepowiednia sprawdziła się. Pierwsze szczepy gronkowców oporne na penicylinę pojawiły się już kilka lat po jej wprowadzeniu do masowego użytku. Dziś oporność na antybiotyki jest globalnym problemem zdrowia publicznego, a Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) uznała ją za jedno z dziesięciu największych zagrożeń dla zdrowia ludzkości.

W Polsce problematykę oporności na antybiotyki koordynuje Narodowy Instytut Leków oraz Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego - Państwowy Zakład Higieny (NIL-PZH). Polska uczestniczy w Europejskim Programie Nadzoru Oporności na Antybiotyki (EARS-Net) oraz realizuje Narodowy Program Ochrony Antybiotyków. Świadomość właściwego stosowania antybiotyków pozostaje kluczowym elementem zdrowia publicznego, o co upominał Fleming już siedemdziesiąt lat temu.

Penicylina w Polsce: historia i dostępność

Penicylina dotarła do Polski w trudnych warunkach powojennych. W pierwszych latach po II wojnie światowej była ona towarem deficytowym, sprowadzanym z Zachodu. Krajowa produkcja penicyliny ruszyła w Polsce w latach 50. XX wieku, kiedy to w ramach rozbudowy przemysłu farmaceutycznego uruchomiono produkcję antybiotyków w kilku zakładach. Polskie laboratoria farmaceutyczne wniosły wkład w opracowanie lokalnych metod fermentacji i oczyszczania substancji czynnej.

Dziś penicyliny i ich pochodne są powszechnie dostępne w polskich aptekach, wyłącznie na receptę. Do najczęściej przepisywanych należą amoksycylina stosowana w zakażeniach górnych dróg oddechowych, anginie i zapaleniu ucha środkowego, a także amoksycylina z kwasem klawulanowym w zakażeniach o szerszym spektrum. Stosowanie antybiotyków w Polsce nadzoruje Ministerstwo Zdrowia, Naczelna Izba Lekarska oraz Narodowy Instytut Leków, które promują racjonalną antybiotykoterapię zgodnie z zasadami ustalonymi już przez Fleminga.

Fleming w kulturze i pamięci zbiorowej

Postać Fleminga stała się jednym z archetypów naukowca obdarzonego zarówno wiedzą, jak i spostrzegawczością niezbędną do zamiany przypadkowego zdarzenia w przełomowe odkrycie. Jest bohaterem licznych biografii, filmów dokumentalnych i popularnonaukowych opracowań. W 1946 roku otwarto poświęcone mu muzeum w St Mary's Hospital w Londynie. W Lochfield, rodzinnym miejscu urodzenia Fleminga, stoi pomnik ku jego czci.

Historia odkrycia penicyliny jest regularnie przywoływana jako przykład znaczenia obserwacji i ciekawości naukowej w badaniach empirycznych. Liczne szkoły i uczelnie medyczne używają jej jako studium przypadku w nauczaniu metodologii badań naukowych. Zdanie Fleminga o tym, że przypadek sprzyja umysłom przygotowanym (parafrazując słowa Ludwika Pasteura), stało się trwałym elementem kultury naukowej.

Często zadawane pytania

Kiedy i gdzie Alexander Fleming odkrył penicylinę?

Fleming odkrył penicylinę we wrześniu 1928 roku w swoim laboratorium w St Mary's Hospital w Londynie. Obserwacja skażonej pleśnią hodowli gronkowców i strefa wolna od bakterii wokół kolonii pleśni stały się punktem wyjścia do badań, których wyniki opublikował w 1929 roku.

Czy Fleming sam opracował penicylinę jako lek?

Nie. Fleming odkrył penicylinę i opisał jej właściwości przeciwbakteryjne, lecz nie zdołał wyizolować jej w czystej, stabilnej postaci nadającej się do stosowania klinicznego. Dopiero Howard Florey i Ernst Chain z Oksfordu opracowali w latach 1940-1941 metody oczyszczania i stabilizacji antybiotyku, otwierając drogę do jego zastosowania medycznego.

Za co Fleming otrzymał Nagrodę Nobla?

W 1945 roku Alexander Fleming, Howard Florey i Ernst Chain wspólnie otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za odkrycie penicyliny i jej leczniczego działania w różnych chorobach zakaźnych. Fleming był uznawany za odkrywcę substancji, a Florey i Chain za badaczy, którzy uczynili z niej lek.

Jak penicylina zabija bakterie?

Penicylina działa poprzez hamowanie enzymów odpowiedzialnych za syntezę ściany komórkowej bakterii (peptydoglikan). Pozbawione możliwości odbudowy ściany komórkowej bakterie nie mogą się dzielić i ostatecznie ulegają lizie. Mechanizm ten jest selektywny i nie uszkadza komórek eukariotycznych, takich jak ludzkie.

Czy można stosować penicylinę bez konsultacji z lekarzem?

Nie. Penicylina i wszystkie antybiotyki są lekami wydawanymi wyłącznie na receptę. Stosowanie ich bez wskazań medycznych, w zbyt małych dawkach lub zbyt krótko sprzyja powstawaniu oporności bakteryjnej. Skonsultuj się z lekarzem przed zastosowaniem jakiegokolwiek antybiotyku.

Gdzie można obejrzeć laboratorium, w którym odkryto penicylinę?

W St Mary's Hospital w Londynie działa Fleming Museum (Alexander Fleming Laboratory Museum), gdzie zachowano oryginalne laboratorium w stanie zbliżonym do tego z 1928 roku. Muzeum dokumentuje historię odkrycia penicyliny i jej znaczenia dla medycyny.