
1940-იან წლებამდე პატარა ჭრილობაც კი შეიძლებოდა სასიკვდილო აღმოჩენილიყო. ინფიცირებული ნაკაწრი, სტრეპტოკოკებით გამოწვეული ყელის ტკივილი ან მშობიარობისა თუ ოპერაციის შემდგომი ინფექცია შეიძლებოდა მთელ სხეულს მოსდებოდა და მის შეჩერებას ვერაფერი შეძლებდა. ექიმები ჭრილობას წმენდდნენ, ჩირქს აცლიდნენ და იმედოვნებდნენ, რომ პაციენტის იმუნური სისტემა გაიმარჯვებდა, მაგრამ ორგანიზმის შიგნით ბაქტერიების მოსპობის საიმედო საშუალება არ ჰქონდათ. პნევმონია, სისხლის მოწამვლა (სეფსისი) და ინფიცირებული ჭრილობები უამრავ ადამიანს იწირავდა, მათ შორის პირველი მსოფლიო ომის ბევრ ჯარისკაცს, რომლებიც ჭრილობას გადაურჩნენ, მაგრამ შემდგომ განვითარებულ ინფექციას დაემსხვერპლნენ.
პენიცილინამდეც არსებობდა ზოგიერთი ქიმიური პრეპარატი. დარიშხანის შემცველი სალვარსანი, რომელიც 1910 წელს დაინერგა, სიფილისს მკურნალობდა, ხოლო 1930-იანი წლების სულფანილამიდები ნამდვილი წინგადადგმული ნაბიჯი იყო. თუმცა ისინი მიკრობების მხოლოდ შეზღუდულ წრეზე მოქმედებდნენ და შეიძლებოდა მძიმე გვერდითი მოვლენებიც გამოეწვიათ. წამალი, რომელმაც ანტიბიოტიკების ეპოქა ნამდვილად გახსნა, ქიმიურ ლაბორატორიაში კი არ შეიქმნა, არამედ ობისგან მიიღეს.
პენიცილინი ერთი ნივთიერება კი არა, მონათესავე ანტიბიოტიკების ჯგუფია. ისინი პირველად Penicillium-ის გვარის ობის სოკოებისგან მიიღეს — იმავე სოკოებისგან, რომლებიც ძველ პურსა და ხილზე მოლურჯო-მომწვანო ბუსუსს წარმოქმნიან. დღეს მთავარი მწარმოებელია Penicillium chrysogenum და მისი ახლო ნათესავი P. rubens. Penicillium-ის რამდენიმე სახეობას ბუნებრივად შეუძლია პენიცილინების გამომუშავება.
ქიმიური თვალსაზრისით, ყველა პენიცილინს ერთი მთავარი ნიშანი აერთიანებს — ე.წ. β-ლაქტამური რგოლი (ბეტა-ლაქტამური რგოლი): ოთხი ატომისგან — სამი ნახშირბადისა და ერთი აზოტისგან — შემდგარი პატარა, ძლიერ დაძაბული კვადრატი. ეს რგოლი შეერთებულია მეორე, გოგირდის შემცველ რგოლთან. სწორედ ამ პატარა კვადრატის დაძაბულობა ხდის მოლეკულას ასე რეაქციისუნარიანს და, როგორც ქვემოთ ვნახავთ, მასშია იმის საიდუმლო, თუ როგორ უტევს პენიცილინი ბაქტერიებს. ამ რგოლის გამო პენიცილინები β-ლაქტამური ანტიბიოტიკების უფრო ფართო ოჯახს მიეკუთვნება, რომელშიც ცეფალოსპორინები და კარბაპენემებიც შედის.
მრავალი ბუნებრივი პენიცილინია აღმოჩენილი, მაგრამ მედიცინაში მხოლოდ ორი გასუფთავებული ბუნებრივი ნაერთი გამოიყენება: პენიცილინი G (ბენზილპენიცილინი) და პენიცილინი V (ფენოქსიმეთილპენიცილინი). დღეს გამოყენებული დანარჩენი პენიცილინები ნახევრად სინთეზური ვარიანტებია, რომლებიც ლაბორატორიაში პენიცილინის ბირთვის საფუძველზე იქმნება.
ცნობილი ამბავი 1928 წლის სექტემბერში, ლონდონის წმინდა მარიამის საავადმყოფოში იწყება. შოტლანდიელი ბაქტერიოლოგი ალექსანდერ ფლემინგი სწავლობდა Staphylococcus-ის ბაქტერიებს, რომლებიც ფურუნკულებს, ჭრილობის ინფექციებსა და სხვა დაავადებებს იწვევს. ზაფხულის შვებულებიდან დაბრუნებულმა აღმოაჩინა, რომ კულტურის ერთ-ერთ ჯამში ობი გაჩენილიყო. ობის ირგვლივ გამჭვირვალე ზოლი იყო, სადაც ბაქტერიები განადგურებულიყვნენ, მაშინ როცა მოშორებით ბაქტერიული კოლონიები ჩვეულებრივად იზრდებოდა.
ფლემინგი მიხვდა, რომ ობი გამოყოფდა რაღაცას, რაც ბაქტერიებს კლავდა ან მათ ზრდას აჩერებდა. მან სოკო თხევად ბულიონში გაზარდა და დაადგინა, რომ ამ „ობის წვენს“ მრავალი სახის მავნე ბაქტერიის შეჩერება შეეძლო, მათ შორის ქუნთრუშის, პნევმონიისა და დიფთერიის გამომწვევებისა. მოქმედ ნივთიერებას მან პენიცილინი უწოდა და თავისი შედეგები 1929 წელს გამოაქვეყნა.
ფლემინგმა შესანიშნავი რამ იპოვა, მაგრამ მისი წამლად ქცევა ვერ შეძლო. პენიცილინი უმცირესი რაოდენობით გამოიყოფოდა, ქიმიურად არამდგრადი იყო და სწრაფად იშლებოდა. ფლემინგი ქიმიკოსი არ იყო და ნივთიერების გასუფთავებისა და კონცენტრირების მისი მცდელობები უშედეგოდ დასრულდა. გაუსუფთავებელი პენიცილინი რამდენიმე მცირე ცდაში ზედაპირულ ინფექციებზე გამოსცადეს, მაგრამ დაახლოებით ათი წლის განმავლობაში იგი ძირითადად ლაბორატორიულ კურიოზად რჩებოდა.
ფლემინგი არც პირველი იყო, ვინც შენიშნა, რომ ობს ბაქტერიების დაზიანება შეუძლია. XIX საუკუნის რამდენიმე მეცნიერს უკვე ჰქონდა დაკვირვებული, რომ Penicillium და სხვა ობის სოკოები ბაქტერიების ზრდას აფერხებდა. ფლემინგის ნაშრომი იმით იყო მნიშვნელოვანი, რომ მან ნივთიერება გამოავლინა, სახელი დაარქვა და აღწერა, სოკო კი ცოცხლად შეინახა, რათა მოგვიანებით სხვებსაც შეძლებოდათ მისი შესწავლა.
გარდატეხა 1930-იანი წლების ბოლოს ოქსფორდის უნივერსიტეტში მოხდა. სერ უილიამ დანის სახელობის პათოლოგიის სკოლის გუნდმა, რომელსაც ავსტრალიელი პათოლოგი ჰოვარდ ფლორი ხელმძღვანელობდა და რომლის შემადგენლობაშიც იყვნენ გერმანიაში დაბადებული ბიოქიმიკოსი ერნსტ ჩეინი და ბიოქიმიკოსი ნორმან ჰითლი, გადაწყვიტა, შეესწავლა ბუნებრივი ნივთიერებები, რომლებიც ბაქტერიებს კლავს. მკვლევრებმა ფლემინგის სტატია წაიკითხეს და პენიცილინი აირჩიეს.
პენიცილინის გასუფთავება უაღრესად რთული იყო. ჰითლიმ მისი გამოყოფის მახვილგონივრული მეთოდები გამოიგონა: ნივთიერებას სხვადასხვა მჟავიანობის სითხეებს შორის გადაიტანდა, რათა ბულიონისგან გამოეყო და კონცენტრირება მოეხდინა. რადგან მეორე მსოფლიო ომი დაწყებული იყო და აღჭურვილობა არ ჰყოფნიდათ, გუნდს იმპროვიზაცია მოუწია: ობს ასობით ჭურჭელში ზრდიდნენ, მათ შორის საავადმყოფოს ქოთნებსა და სპეციალურად დამზადებულ კერამიკულ ჭურჭელში, ხოლო კულტურების მოსავლელად ახალგაზრდა ქალები დაიქირავეს, რომლებსაც მოგვიანებით „პენიცილინის გოგონები“ შეარქვეს.
1940 წლის მაისში გუნდმა გადამწყვეტი ცდა ჩაატარა. რვა თაგვს სტრეპტოკოკების სასიკვდილო დოზა შეუყვანეს. შემდეგ ოთხ თაგვს პენიცილინი მისცეს, ოთხს კი — არა. მეორე დილისთვის ოთხივე უმკურნალო თაგვი მკვდარი იყო, ნამკურნალევი თაგვები კი ჯერ კიდევ ცოცხლები იყვნენ. ცხადი გახდა, რომ პენიცილინი ცოცხალი ორგანიზმის შიგნით მოქმედებდა.
1941 წლის დასაწყისში გუნდმა პირველი ადამიანი უმკურნალა — ოქსფორდელი პოლიციელი ალბერტ ალექსანდერი, რომელსაც სახისა და თავის კანის მძიმე ინფექცია ჰქონდა. პენიცილინის მიღებიდან რამდენიმე დღეში მისი მდგომარეობა საოცრად გაუმჯობესდა. მაგრამ გუნდს წამალი იმდენად ცოტა ჰქონდა, რომ პენიცილინს მისი შარდიდანაც კი გამოყოფდნენ ხელახლა გამოსაყენებლად. როცა მარაგი ამოიწურა, ინფექცია დაბრუნდა და პაციენტი გარდაიცვალა. მისმა შემთხვევამ ერთდროულად ორი რამ დაამტკიცა: პენიცილინს სიცოცხლის გადარჩენა შეეძლო და იგი გაცილებით დიდი რაოდენობით იყო საჭირო.
ომით შევიწროებულ დიდ ბრიტანეთს პენიცილინის ფართომასშტაბიანი წარმოება არ შეეძლო, ამიტომ 1941 წელს ფლორი და ჰითლი დახმარების საძიებლად ამერიკის შეერთებულ შტატებში გაემგზავრნენ. ისინი ქალაქ პეორიაში (ილინოისის შტატი) მდებარე სახელმწიფო სასოფლო-სამეურნეო ლაბორატორიის მეცნიერებთან მუშაობდნენ, სადაც მკვლევრებს მიკრობების დიდი რაოდენობით გამოზრდის გამოცდილება ჰქონდათ.
სამმა აღმოჩენამ წარმოება ძირეულად შეცვალა:
შემდეგ ამერიკულმა ფარმაცევტულმა კომპანიებმა მთავრობის მხარდაჭერით წარმოება გააფართოვეს. წარმოება იმდენად სწრაფად გაიზარდა, რომ 1944 წლის ივნისში, მოკავშირეების ნორმანდიაში გადასხმისთვის, მილიონობით დოზა იყო მზად. პენიცილინმა ბევრ დაჭრილ ჯარისკაცს გადაარჩინა სიცოცხლე და ინფიცირებული ჭრილობებითა და პნევმონიით გამოწვეული სიკვდილიანობა საგრძნობლად შეამცირა. ომის შემდეგ იგი მთელ მსოფლიოში მშვიდობიანი მოსახლეობისთვისაც ფართოდ ხელმისაწვდომი გახდა.
1945 წელს ფლემინგმა, ფლორიმ და ჩეინმა ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა და მედიცინაში გაიყვეს პენიცილინისა და სხვადასხვა ინფექციურ დაავადებაზე მისი სამკურნალო მოქმედების აღმოჩენისთვის. ნორმან ჰითლი, რომლის მეთოდებმაც გასუფთავება შესაძლებელი გახადა, ლაურეატებს შორის არ მოხვდა, თუმცა მოგვიანებით ოქსფორდმა მისი წვლილი დააფასა.
ბაქტერიებს მტკიცე გარეთა შრე აკრავს, რომელსაც უჯრედის კედელი ეწოდება. იგი ბადისებრი მასალისგან, პეპტიდოგლიკანისგან შედგება: შაქრების გრძელი ჯაჭვებისგან, რომლებიც ერთმანეთს ამინომჟავების მოკლე ხიდებით უკავშირდება. ეს ბადე კორსეტივით მუშაობს: ბაქტერიული უჯრედის შიგნით მაღალი წნევაა, კედელი კი უჯრედს გაბერვასა და გასკდომას არიდებს.
ბაქტერია ზრდისა და გაყოფისას გამუდმებით ახალ კედელს აშენებს. სპეციალური ფერმენტები, ე.წ. პენიცილინდამაკავშირებელი ცილები, ქმნის ჯვარედინ კავშირებს, რომლებიც ბადეს ერთად აკავებს. პენიცილინის β-ლაქტამური რგოლი ჰგავს იმ ბუნებრივ სამშენებლო ბლოკს, რომელსაც ეს ფერმენტები იჭერს. ამიტომ ფერმენტი მის ნაცვლად პენიცილინს ეჭიდება, დაძაბული რგოლი იხსნება და ანტიბიოტიკი ფერმენტს სამუდამოდ ემაგრება, რითაც მას მწყობრიდან გამოიყვანს.
ჯვარედინი კავშირების შემქმნელი მოქმედი ფერმენტების გარეშე ბაქტერია სუსტ, დეფექტურ კედელს აშენებს. როცა შიგნით წყალი აღწევს, უჯრედი იბერება და სკდება. სწორედ ამიტომ მოქმედებს პენიცილინი ყველაზე კარგად იმ ბაქტერიებზე, რომლებიც აქტიურად იზრდება და იყოფა.
ადამიანისა და ცხოველების უჯრედებს პეპტიდოგლიკანის კედელი საერთოდ არ აქვს. მათ გარეთა საზღვარს მოქნილი მემბრანა წარმოადგენს. რადგან პენიცილინის სამიზნე ჩვენს უჯრედებში უბრალოდ არ არსებობს, მას შეუძლია ბაქტერიები მოკლას და ორგანიზმის საკუთარი უჯრედები მეტწილად ხელუხლებელი დატოვოს. შერჩევითი ტოქსიკურობის ეს იდეა — დარტყმა იმაზე, რაც მიკრობს აქვს, ჩვენ კი არა, — მედიცინის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი პრინციპია.
პენიცილინი G განსაკუთრებით კარგად მოქმედებს გრამდადებით ბაქტერიებზე, მაგალითად, სტრეპტოკოკებზე, რომელთა სქელი პეპტიდოგლიკანის კედელი გარედან ღიაა. გრამუარყოფით ბაქტერიებს, მაგალითად E. coli-ს, დამატებითი გარეთა მემბრანა აქვს, რომელიც ბევრ პენიცილინს სამიზნემდე მიღწევაში უშლის ხელს. ვირუსებზე პენიცილინი არ მოქმედებს, ამიტომ გაციებასა და გრიპს ვერ განკურნავს.
ბუნებრივ პენიცილინს თავისი შეზღუდვები ჰქონდა. პენიცილინი G კუჭის მჟავით იშლება, ამიტომ მისი შეყვანა ინექციით არის საჭირო. პენიცილინი V მჟავის მიმართ უფრო მდგრადია და მისი მიღება ტაბლეტების სახით შეიძლება, რამაც მკურნალობა საგრძნობლად გაამარტივა.
პენიცილინის სტრუქტურა ბრიტანელმა ქიმიკოსმა დოროთი კროუფუტ-ჰოჯკინმა დაადგინა: ომის წლებში მან რენტგენული კრისტალოგრაფიის მეშვეობით აჩვენა მისი ატომების ზუსტი განლაგება და β-ლაქტამური რგოლის არსებობა დაადასტურა. მოგვიანებით მან 1964 წლის ნობელის პრემია ქიმიაში მიიღო მნიშვნელოვანი ბიოლოგიური მოლეკულების სტრუქტურების კვლევისთვის. 1957 წელს ამერიკელმა ქიმიკოსმა ჯონ შიჰანმა პირველად განახორციელა პენიცილინის სრული ქიმიური სინთეზი, თუმცა მისი ამ გზით წარმოება ფერმენტაციასავით პრაქტიკული არასოდეს ყოფილა.
გადამწყვეტი ნაბიჯი 1950-იანი წლების ბოლოს გადაიდგა, როცა ბრიტანული კომპანია Beecham-ის მკვლევრებმა პენიცილინის მოლეკულის ბირთვი გამოყვეს, რომელიც 6-APA-ს სახელით არის ცნობილი. ამიერიდან ქიმიკოსებს შეეძლოთ ამ ბირთვისთვის სხვადასხვა გვერდითი ჯაჭვის მიერთება და უკეთესი თვისებების მქონე ახალი პენიცილინების შექმნა. შედეგებს შორის იყო:
პირველი გამოყენებიდან 80 წელზე მეტი ხნის შემდეგაც პენიცილინი კვლავ აუცილებელ წამლად რჩება. მას იყენებენ სტრეპტოკოკური ანგინის, პნევმონიის ზოგიერთი სახეობის, კანის ინფექციების, სიფილისისა და რამდენიმე სხვა ბაქტერიული დაავადების სამკურნალოდ, ასევე რისკ-ჯგუფის ადამიანებში რევმატიული ცხელების თავიდან ასაცილებლად. პენიცილინები შეტანილია ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაციის აუცილებელ მედიკამენტთა სანიმუშო ნუსხაში, სადაც ჩამოთვლილია წამლები, რომლებიც ყველა ჯანდაცვის სისტემას უნდა ჰქონდეს.
როგორც ყველა წამალს, პენიცილინსაც შეუძლია გვერდითი მოვლენების გამოწვევა. მათ შორის ყველაზე ცნობილია ალერგია, რომელიც იშვიათ შემთხვევებში შეიძლება მძიმე იყოს. საინტერესოა, რომ ბევრ ადამიანს, რომელსაც ბავშვობაში უთხრეს, რომ პენიცილინზე ალერგია აქვს, სათანადო გამოკვლევისას ალერგია არ უდასტურდება — ხშირად იმიტომ, რომ დაავადებით გამოწვეული გამონაყარი წამლის რეაქციად ჩათვალეს. დღეს ექიმები ალერგიის ტესტირებას გვირჩევენ, რადგან პენიცილინისთვის ზედმეტად თავის არიდებამ შეიძლება ნაკლებად შესაფერისი ანტიბიოტიკების გამოყენება გამოიწვიოს.
ბაქტერიები ევოლუციურად იცვლება და პენიცილინის წარმატებამ ისინი ძლიერი ზეწოლის ქვეშ მოაქცია, რომ მას გადარჩენოდნენ. მათი მთავარი თავდაცვაა ფერმენტი β-ლაქტამაზა (ანუ პენიცილინაზა), რომელიც β-ლაქტამურ რგოლს ხსნის და ანტიბიოტიკს უსარგებლოს ხდის. გასაოცარია, რომ ერნსტ ჩეინმა და მისმა კოლეგამ ედვარდ აბრაჰამმა ასეთი ფერმენტი ბაქტერიებში ჯერ კიდევ 1940 წელს აღწერეს, სანამ პენიცილინი ფართოდ გავრცელდებოდა. სხვა ბაქტერიები თავიანთ პენიცილინდამაკავშირებელ ცილებს ისე იცვლიან, რომ წამალს მათთან დაკავშირება აღარ შეუძლია.
პენიცილინის ფართოდ გავრცელებიდან სულ რამდენიმე წელიწადში საავადმყოფოებში Staphylococcus aureus-ის რეზისტენტული შტამები უკვე ვრცელდებოდა. მოგვიანებით გაჩნდა MRSA (მეთიცილინრეზისტენტული Staphylococcus aureus), რომელიც მდგრადია მეთიცილინისა და სხვა პენიცილინების უმეტესობის მიმართ. მასთან საბრძოლველად ექიმები ზოგჯერ პენიცილინს β-ლაქტამაზას ინჰიბიტორთან, მაგალითად კლავულანის მჟავასთან, აერთიანებენ, რომელიც ანტიბიოტიკს დაშლისგან იცავს; ამოქსიცილინი კლავულანის მჟავასთან ერთად ამის გავრცელებული მაგალითია.
ეს საფრთხე თავად ფლემინგმაც იწინასწარმეტყველა. 1945 წლის ნობელის ლექციაში მან გააფრთხილა, რომ წამლის ზედმეტად მცირე დოზით მიღებამ შეიძლება ბაქტერიებს რეზისტენტობის გამომუშავების საშუალება მისცეს. მისი გაფრთხილება დღესაც აქტუალურია: ანტიბიოტიკების საჭიროების გარეშე გამოყენება, მაგალითად ვირუსული ინფექციების დროს, ან მათი მიღება ექიმის დანიშნულების დარღვევით რეზისტენტული ბაქტერიების გავრცელებას უწყობს ხელს. ანტიბიოტიკორეზისტენტობა დღეს გლობალური ჯანმრთელობის ერთ-ერთ უდიდეს საფრთხედ ითვლება.
პენიცილინმა მედიცინის შესაძლებლობები შეცვალა. ინფექციები, რომლებიც ოდესღაც სწრაფად კლავდა ადამიანს, განკურნებადი გახდა, ხოლო ოპერაციები, კიბოს მკურნალობა, ორგანოების გადანერგვა და დღენაკლულ ჩვილებზე ზრუნვა უფრო უსაფრთხო გახდა, რადგან ექიმებს ბაქტერიული ინფექციების კონტროლი შეეძლოთ. მისი ისტორია იმასაც გვიჩვენებს, თუ როგორ მუშაობს მეცნიერება სინამდვილეში: ერთმანეთს უნდა შეხვედროდა შემთხვევითი დაკვირვება, ქიმიკოსებისა და ექიმების გუნდის წლობით მომთმენი შრომა, საერთაშორისო თანამშრომლობა და სამრეწველო ინჟინერია. რეზისტენტობის გავრცელება კი გვახსენებს, რომ ეს საჩუქარი გონივრულად უნდა გამოვიყენოთ, რათა პენიცილინი და მის შემდეგ შექმნილი ანტიბიოტიკები მომავალ თაობებსაც ემსახურონ.
12 კითხვა