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青霉素——二战时最伟大的发明

青霉素(也叫盘尼西林)的发明者亚历山大•弗莱明于1881年出生在苏格兰的洛克菲尔德。弗莱明从伦敦圣马利亚医院医科学校毕业后,从事免疫学研究;后来在第一次世界大战中作为一名军医,研究伤口感染。他注意到许多防腐剂对人体细胞的伤害甚于对细菌的伤害,他认识到需要某种有害于细菌而无害于人体细胞的物质(图1)。

战后弗莱明返回圣马利亚医院。1922年他在做实验时,发现了一种他称之为溶菌霉的物质。

1928年9月15日,亚历山大·弗莱明发现了青霉素。在弗莱明外出休假的两个星期里,一只未经刷洗的废弃的培养皿中长出了一种神奇的霉菌。他观察到这种霉菌的抗菌作用,细菌覆盖了器皿中没有沾染这种霉菌的所有部位(图2、3)。不过,这一次感染的细菌是葡萄球菌,这是一种严重的、有时是致命的感染源。经证实,这种霉菌液还能够阻碍其它多种致病性细菌的生长。他将这种物质命名为“青霉素”,然而遗憾的是弗莱明一直未能找到提取高纯度青霉素的方法,于是他将点青霉菌菌株一代代地培养,并于1939年将菌种提供给准备系统研究青霉素的英国病理学家弗洛里和生物化学家钱恩。

1939年,澳大利亚人弗洛里看到了弗莱明的心血之作,他迅速意识到:这是一份可能拯救无数人生命的伟大发明(图4)。弗洛里立刻着手去完成弗莱明未能完成的任务,他与钱恩(图5)、希特利等科学家组成一个研究团队,集体研究将青霉素大批量提纯并生产的方法。

马丁和辛格因在1941年发明了分配色层法特别是纸上色层分析法而共享了1952年诺贝尔化学奖(图6)。弗洛里和钱恩在牛津用分配色层分析法成功地分离并提纯出青霉素。

1941年,在美国军方的协助下,弗洛里在飞行员外出执行任务时从各国机场带回来的泥土中分离出新菌种,使青霉素的产量从每毫升2单位提高到了40单位。尽管几经周折,他们提取到的青霉素也仅够在几只人为感染链球菌的老鼠身上完成实验。弗洛里等科学家给人为感染链球菌的4只老鼠注射了青霉素,而另外4只则没有采取任何措施。一天后,注射过青霉素的4只老鼠全部存活下来,而未注射的4只全部死亡。研究团队成员为这实验结果振奋不已,接下来几个月中,他们拼尽全力生产青霉素,并得到了一次在人体上试验青霉素的机会。病人是一名伦敦警察,在修剪花枝时被刺伤了手指,伤口受到葡萄球菌和链球菌感染,发展为败血症。尽管服用了大量磺胺类药物,却不见任何起色,在注射青霉素之前,他高烧40.6度,已经无限接近死亡。在注射青霉素后,这名病人的状况显著好转,为他注射青霉素3天后,病人已经恢复了意识。但就在这时,弗洛里等人所提取的青霉素全部用完了,病人在24小时内重新陷入昏迷,并很快死去。

这一悲剧告诉弗洛里,如果没有办法大批量生产青霉素,那么他无法帮助任何人。治疗一个成年人所需要的青霉素数量约为一只小鼠的3000倍,如果光靠弗洛里等人的生产,几个月的时间也凑不齐治疗一个病人所需的药物。

此时,正是二战在西欧战场上激战正酣之时,弗洛里等人正身处英国,每日在头顶上响起的战机轰鸣声就像对他的催促,哪怕能提早1分钟实现青霉素的大批量生产,对数以万计的伤员来说,都有着重要意义。弗洛里向英国政府寻求帮助。但是,此时的英国正处于德国“海狮计划”的地毯式轰炸中,物质极度匮乏,无力对弗洛里提供任何帮助。

弗洛里转而向美国寻求帮助。美国政府敏锐地发现了青霉素的潜在价值,召集数百位生化学家和数千位工程师联合攻关,并将青霉素列入战时国家重点开发项目名录上,位于最优先项目的行列。青霉素的发展开始进入“快车道”,这一庞大的研究团队在实验了数万种形态的霉后,终于找到一种被称为“产黄青霉素”的霉,它的提取物超过原来200多倍。

1942年,随着美国的参战,对青霉素的需求量急剧增多,研究团队决心对霉菌进行放射,以这种极端方式来增加产量。1927年,缪勒在《科学》杂志发表了题为“基因的人工蜕变”的论文,首次证实X射线在诱发突变中的作用,搞清了诱变剂剂量与突变率的关系,为诱变育种奠定了理论基础(图7)。没想到的是,这一方式产生了意料之外的效果,几周时间,使提取青霉素的产量提高了几万倍之多。

1944年,青霉素的快速和大批量生产已经成为现实,此时,二战进入最后的攻坚阶段,战事一如既往的残酷。但不同的是,此时盟军所有参战的野战医院和医疗分队都得到了充足的青霉素供应,也就是在这时,青霉素被盟军士兵亲切地称为“救命药”,并因此名满天下。有一幅盟军的宣传画在当时流传甚广,画上印有如下标语:感谢盘尼西林(青霉素),它让伤兵安然返家。

这种在战争中诞生的“救命药”,守护着人类的生命。英国首相丘吉尔曾经说道:“青霉素是二战时最伟大的发明。”直到今天,这一药物仍然在守护着人们的生命。

 

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