Антибиотики (А. Флеминг, Э. Чейн, С.Я. Ваксман).

Антибиотики пришли в нашу жизнь как избавление от инфекций, мучивших человечество тысячи лет. Однако после появления новых мощных препаратов о них заговорили как об «оружии массового поражения, убивающем все живое». Сфера антибиотиков — это быстро прогрессирующие инфекции или бактериальное заражение жизненно важных органов, с которыми иммунная система не может справиться сама.

Александр Флеминг (1881-1955) — шотландский бактериолог. Труды по иммунологии, общей бактериологии, химиотерапии. Открыл лизоцим в 1922 году. В 1929 установил, что один из видов плесневого гриба выделяет антибактериальное вещество — пенициллин. Получил Нобелевскую премию (1945, совместно с патологом Хауардом Уолтером Флори и биохимиком Эрнстом Борисом Чейном). Флеминг показал, что такие антисептики, как карболовая кислота, в то время широко применявшаяся для обработки открытых ран, убивает лейкоциты, создающие в организме защитный барьер, что способствует выживанию бактерий в тканях.

В оставшиеся десять лет жизни ученый был удостоен двадцати пяти почетных степеней, двадцати шести медалей, восемнадцати премий, тринадцати наград и почетного членства в восьмидесяти девяти академиях наук и научных обществах, а в 1944 году — дворянского звания. Чашку с разросшимся плесневым грибом Флеминг хранил до конца жизни.

Э. Чейн доказал, что нейротоксин змеиного яда является пищеварительным ферментом. Работа сделала ему имя, поэтому в 1935 г. он был приглашен профессором патологии Г. Флори в Оксфорд, чтобы развернуть работу по лизоциму - антибактериальному ферменту. Естественно, что уже Э. Чейн предлагает Г. Флори сконцентрироваться на более обещающем пенициллине, открытом тем же А. Флемингом семью годами позже.

Сам А. Флеминг был скептически настроен к своему детищу, заявив, что «этим не стоит заниматься». Э. Чейн и Г. Флори, завершили первый тест антибактериальной «протекции» пенициллина на мышах. Затем наступил биохимический триумф Э. Чейна, показавшего, что пенициллин имеет структуру беталактама. Оставалось только наладить производство нового чудо-лекарства. Его чудодейственные свойства были доказаны в том же Оксфорде, в одну из клиник которого 15 октября того же года поступил местный полицейский, жаловавшийся на непроходящую «заеду» в углу рта (ранка была инфицирована золотистым стафилококком и нагноилась). Э. Чейн требовал патентирования пенициллина.

Известная фармацевтическая компания «Мерк» из города Рауэй штат Нью-Джерси, спонсировала работы С. Ваксмана из университета Руттерса, который, начиная с 1939 г, вел работы по изучению «антибиозиса» стрептомицетов. В 1942 году в Америке такую работу проделали С. Я. Ваксман и Р. Ж. Дюбо. После испытания более чем 10 тысяч различных проб земли оба достигли успеха. Дюбо выделил грамицидин, а Ваксман - стрептомицин. С. Я. Ваксман так определял эти вещества: " Антибиотиками мы называем химические вещества, вырабатываемые некоторыми микроорганизмами и обладающие свойством даже в очень малых дозах прекращать рост и размножение других микробов, или же убивать их".

Первым антибиотиком, полученным в чистом виде, можно считать микофеноловую кислоту. Ее выделил в 1896 году итальянский врач Госсио, занимающийся изучением пеллагры. Госсио не нашел возбудителя пеллагры, но из заплесневевших семян риса выделил культуру гриба, оказывающего сильное угнетающее действие на многие бактерии. Из жидкой питательной среды, на которой рос этот гриб, он получил в кристаллическом виде бактерицидное вещество. Это был первый антибиотик.

В 1942 году, в лаборатории биохимии микробов Всесоюзного института экспериментальной медицины 3. В. Ермольева (впоследствии академик АМН СССР) и Т. И. Балезина получили первый советский пенициллин. Его назвали пенициллин - крустозин ВИЭМ. Одновременно в лаборатории продолжалась работа по дальнейшей очистке и получению в сухом виде пенициллина-крустозина. Этой работой занималась большая группа химиков.

Успешное завершение экспериментов позволило начать клинические испытания нового препарата. Впервые применили при лечении бойца Советской Армии, получившем осколочное ранение голени с повреждением костей. После ампутации бедра у него началось заражение крови. После 6 дней лечения пенициллином посевы крови стали стерильными, состояние больного значительно улучшилось. Обрадовали исследователей и педиатры, испытавшие препарат при безнадежном случае скарлатины. " Мы были живыми свидетелями картины, - сказала доктор Р. Л. Гамбург, - которую смело можно назвать возвращением с того света".

Советское правительство, несмотря на многие трудности, связанные с тяготами войны, организовало производство пенициллина. Но спрос на препарат был настолько велик, что сотрудники ВИЭМ организовали маленькие лаборатории по производству пенициллина непосредственно во фронтовых госпиталях. В 1945 году получили четвертый антибиотик - хлортетрациклин, в 1947 году был получен пятый - хлорамфиникол (в нашей стране известный под названием левомицетин). В 1959 году начался новый этап в развитии производства антибиотиков. Был разработан метод получения полусинтетических пенициллинов.

Вскоре после войны в лаборатории Флори пристальное внимание ученых привлек гриб Цефалоспорум. Оказалось, что этот микроорганизм выделяет не один, а сразу семь разных антибиотиков. Один из них, названный Цефалоспорин С, стали использовать вместо пенициллина. Ученые разложили цефалоспорин на составные части и получили новые препараты - полусинтетические цефалоспорины. Один из них - цепорин - отличается очень высокой активностью и способностью действовать на стафилококки, утратившие чувствительность к пенициллину.

5.7. Генетика и молекулярная биология: установление структуры ДНК (1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик).

В эпоху научно-технической революции генетика является одним из наиболее актуальных, бурно развивающихся разделов биологии, всегда тесно связанным с практикой. Генетика - это наука о наследственности и изменчивости организмов.

На основе современной генетики развивается Микробиологическая промышленность, в животноводстве на генетической основе строится селекция и племенное дело, формируется генетика человека, развиваются генетические основы сохранения целостности биосферы земли и околоземного пространства.

Молекулярная же биология — это наука, изучающая структуру биологических молекул главным образом с целью выяснить их функцию в живом организме и расшифровать все многообразие связей и взаимодействий, в которые вступает та или иная молекула (будь то белок или ДНК). По причине того, что, с одной стороны, ДНК определяет очень многое в живых организмах, а с другой стороны, изучать все белки на достаточно детальном систематическом уровне пока что не представляется возможным, молекулярная биология, это, по большей части, биология ДНК и связанных с ее функционированием белковых систем. Такова академическая суть молекулярной биологии, можно сказать, ее роль кирпича в здании фундаментальных наук.

В 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик на основании результатов рентге-ноструктурного анализа и биохимических данных предложили пространственную модель структуры ДНК, объясняющую все ее свойства. Согласно предложенной модели молекула ДНК состоит из двух комплементарных (соответствующих) нитей. М. Мезельсон и Ф. Сталь доказали полуконсервативный механизм репликации (удвоения) ДНК. Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1962 г. совместно с Джеймсом Д. Уотсоном и Морисом Х.Ф. Уилкинсом.

Выяснение структуры и функции нуклеиновых кислот позволило понять, каким образом живые организмы воспроизводят себя и как осуществляются кодирование генетической информации, ее хранение и реализация, необходимые для протекания всех жизненных процессов.

К настоящему времени существенным образом обогащены знания о структуре и функции ДНК, значительно расширены возможности для исследований. Было обнаружено, что ДНК может повреждаться и может восстанавливаться, что молекулы ДНК могут обмениваться друг с другом частями, закручиваться и раскручиваться. Было показано, что ДНК служит матрицей для синтеза РНК, а также сама способна синтезироваться в процессе обратной транскрипции с РНК. ДНК функционирует не только в ядре, но и в митохондриях. В настоящее время исследователи способны определять последовательность нуклеиновых оснований в ДНК и осуществлять ее синтез.