کپکی که سبب کشف پنی سیلین شد

 

مقدمه :

شاید معروفترین اکتشاف تصادفی مهم، کشف پنی سیلین به دست سر الکساندر فلمینگ باشد. اما در این اکتشاف، بیش از آنچه اکثر افراد تصور می کنند، بخت یاری دخالت داشته است؛ گر چه کشف فلمینگ پیامدهای شگفت آوری داشت که بدان اهمیت بخشیدند، اما این پیامدها کمتر شناخته شده اند.

زندگی فلمینگ مملو از وقایع به ظاهر نامربوطی است که در عین حال اگر حتی یکی از آنها هم روی نمی داد، چه بسا فلمینگ به شهرتی  که بدان دست یافت نمی رسید. همان گونه که دوست و همکارش پروفسورس.آ. پانت به هنگام مرگش در ستایش او گفت: شخص احساس می کند نمی تواند آنها را ناشی از تصادف محض بداند .

زندگینامه :

الکساندر فلمینگ در سال 1881 در روستای آیرشایراسکاتلند به دنیا آمد. وقتی هفت ساله بود پدرش درگذشت و مسئولیت اداره مزرعه و تربیت چهار فرزند تنی و چند فرزند ناتنی به دوش مادر الکساندر افتاد. وقتی الکساندر  پنج ساله بود، پیاده به مدرسه ای 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 دوازده 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 راه رفت و برگشت از ایستگاه قطار تا منزل را طی کند. پس از یک سال و نیم اقامت در کیلمارناک به لندن پیش برادرش رفت و تحصیلات خود را در پلی تکنیک ادامه داد. اما این دوران دیری نپایید، چون الکساندر توان مالی تحصیل در آنجا را نداشت. فلمینگ  شانزده ساله در یک شرکت کشتیرانی استخدام شد و کمی از وقت خود را با نیروهای داوطلب اسکاتلندی مقیم لندن گذراند. او در تیم واترپولوی این گروه بازی می کرد، و یک بار با تیمی از بیمارستان سن مری، وابسته به دانشگاه لندن، مسابقه داد.

چند سال بعد ارث مختصری به او رسید و برادرش او را تشویق کرد تا وارد دانشکده پزشکی شود. در لندن دوازده  دانشکده پزشکی بود، که فلمینگ از هیچ کدامشان شناختی نداشت- جز یکی که بیمارستان سن مری وابسته به آن بود و تنها چیزی که می دانست این بود که یک تیم واترپولو 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 المرات رایت سرپرستی آن را به عهده داشت به او پیشنهاد شد؛ فلمینگ تا پایان عمر خود را در آن آزمایشگاه گذراند و در سال 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 جراحت های جنگی از مواد ضد عفونی کننده استفاده می کردند. اما فلمینگ متوجه شد که فنل ( یا اسید کربولیک که رایجترین ماده ضد عفونی کننده آن زمان بود) بیشتر ضرر دارد تا فایده، چون گویچه های سفید خون را سریع تر از باکتری ها نابود می کند. فلمینگ می دانست که این اثر زیانمند است چون گویچه های سفید ، مدافعان طبیعی بدن در برابر باکتری ها هستند.

بخت یاری :

در سال 1922فلمینگ برحسب تصادف میکروب کشی کشف کرد که باکتری ها 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 باکتری های زرد رنگ بود بررسی کرد، اشکی از چشمش به درون ظرف افتاد. روز بعد وقتی کشت را مورد مطالعه قرار داد، 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) باکتری ها 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 چندانی ندارد، چون میکروب هایی که لیزوزیم از بین می برد نسبتاً بی ضرر هستند، اما چنان که خواهیم دید، این اکتشاف مقدمه ضروری کشف پنی سیلین بود.

کشف پنی سیلین:

در تابستان سال 1928 فلمینگ مشغول تحقیق درباره آنفلوانزا بود. ضمن انجام کارهای معمول آزمایشگاهی که می بایست کشت های باکتریایی را که در ظرفهای پهن در پوش دار رشد کرده بودند زیر میکروسکوپ بررسی کند، متوجه شد که در یکی از ظرف ها ناحیه شفافی به وجود آمده است. تحقیقات بیشتر نشان داد که ناحیه شفاف در اطراف نقطه ای بود که ظاهراً 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 که کپک چیزی تولید می کرد که باعث مرگ باکتری های استافیلوکوک در ظرف کشت شده بود. فلمینگ تعریف کرد:

اگر تجربیات قبلی ام نبود[ درباره لیزوزیم] چه بسا مانند کاری که بسیاری از باکتری شناسان دیگر قبلاً کرده بودند ظرف را به دور می انداختم. به احتمال زیاد برخی از باکتری شناسان هم متوجه تغییراتی مشابه آنچه من دیدم شده بودم، اما چون علاقه ای به مواد ضد باکتریایی طبیعی وجود نداشت، کشتها را به دور اندخته بودند. من به جای آنکه مطابق رسم زمانه کشتهای آلوده را دور بیندازم، تحقیقاتی انجام دادم.

فلمینگ کپک را جدا کرد و آن را به عنوان یکی از اعضای جنس 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 این که 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، ازجمله استافیلوکوک، مرگبار است، اما بر برخی از انواع دیگر باکتری ها اثری ندارد. خوشبختانه باکتری هایی که پنی سیلین از بین می برد، سبب بسیاری از عفونت های شایع و خطرناک در انسان هستند.

البته در سال 1928 استفاده از کپک برای مقابله با عفونت ، ابتکار کاملاً نوظهوری نبود. لویی پاستور و همکارش ژ. ف. ژوبر در سال 1877 نشان داده بودند که گاه میکروبی از رشد میکروبی دیگر جلوگیری می کند. نوشته اند که درعهد 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 با عفونت مقابله کند. قاعدتاً فلمینگ هم از این مسئله مطلع بود و به همین سبب در می 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 استافیلوکوکها را در رقت 1 در 1000 کاملاً مهار کرد، اما اثر سمی آن بر گویچه های سفید چیزی بیش از محیط کشت اولیه نبود. آن را به جانوران نیز تزریق کردم، و ظاهراً هیچ اثر سمی نداشت. چند آزمایش ابتدایی [ بربیماران] نتایج مطلوبی داد اما اتفاق معجزه آسایی نیفتاد، و فهمیدم که باید آن را غلیظ می کردیم . سعی می کنیم پنی سیلین را تغلیظ کنیم اما دریافتیم که پنی سیلین به سرعت خراب می شود، و روشهای نسبتاً ساده ما فایده ای نداشتند.

یک شکست:

در همین هنگام موفقیت چشمگیر سولفانیل آمید باعث شده بود که شیمی درمانی توجه همگان را به خود جلب کند . همکاری هرولد ریستریک و فلمینگ برای جدا سازی 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 و. فلوری استاد آسیب شناسی دانشگاه آکسفورد همکاری پژوهشی خود را با ارنست بوریس چین ، زیست شیمیدان پناهنده یهودی که از آلمان هیتلری گریخته بود و به سفارش فلوری به آکسفورد آمده بود، آغاز کرد. آن دو تحقیق درباره لیزوزیم، همان آنزیم ضد باکتریایی که فلمینگ کشف کرده بود، و نیز دیگر مواد ضد باکتریایی طبیعی را شروع کردند. چندی نگذشت که پژوهش های آنان بر پنی سیلین که به نظر آنان امید بخش ترین این عوامل بود متمرکز شد.

گروه آکسفورد با بهره گیری از روشهای پیچیده شیمیایی برای جداسازی و تغلیظ، که امکانات آن در آکسفورد وجود داشت و فلوری و چین با آن آشنا بودند، اما فلمینگ در سن مری نه با آنها آشنایی داشت و نه بدانها دسترسی، موفق شدند پنی سیلین را آن قدر تغلیظ و تصفیه کنند که خواص درمانی آن را ابتدا در مقابله با عفونت های تجربی در موش و بعداً در افراد بیماری که از عفونت های استافیلوکوکی و دیگر آلودگی های خطرناک رنج می بردند، به اثبات رسانند ( نخستین پنی سیلین را که در انسان استفاده می شد، در لگن های بیمارستانی رشد می دادند؛ با آنکه پنی سیلین را از ادرار بیماران جدا می کردند و مجدداً مورد استفاده قرار می دادند، اما برخی آزمایش های بالینی به دلیل کمیاب بودن این دارو ناتمام ماندند).

به سبب ضرورت بهره گیری سریع از توانایی پنی سیلین در مقابله با بیماری ها 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 آمریکا رفت تا روشهای استخراج و تولید پنی سیلین در انگلستان را شرح دهد، و شیمیدانان دو سوی اقیانوس اطلس به طور خستگی ناپذیری کار 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 پایان جنگ به طور صناعی تهیه شد، اما پیشرفت در گسترش تولید آن از راه تخمیر در مدت جنگ به نحوی استثنایی سریع بود.

بخت یاری در تولید پنی سیلین:

همان طور که بخت یاری در کشف پنی سیلین نقش داشت، در این مرحله از تولید آن نیز وارد صحنه شد. وقتی فلوری به ایالات متحده رفت تا درباره تولید پنی سیلین در مقیاس وسیع تبادل نظر کند، از آزمایشگاه پژوهشی ناحیه شمال وابسته به وزارت کشاورزی ایالات متحده در پئوریای ایلینویز دیدن کرد. مدتی بود که در این آزمایشگاه به دنبال کاربردی صنعتی برای محصول غلّه اضافی، و راه حلی برای مشکلی که در همین رابطه وجود داشت، یعنی دفع ماده چسبناکی که به عنوان یکی از فراورده های جانبی از فرایند آسیاب کردن ذرت به دست می آمد، جست و جو می کردند. وقتی این ماده استخراج شده به محیط کشت پنی سیلین اضافه شد، بازدهی کپک مورد نظر را به طور نامنتظره ای ده برابر افزایش داد.

دومین کمکی که آزمایشگاه پئوریا کرد تهیه سویه بهتری از کپک مولّد پنی سیلین بود. صدها کپک از سرتاسر جهان جمع آوری و برای آزمایش به پئوریا فرستاده شدند. شگفت آنکه بهترین کپک را یکی از زنان محلی به نام مری هانت فرستاد، که به دلیل علاقه اش به جست و جو برای کپک های جدید، مری کپکی لقب گرفته بود. او از یکی از بازارهای میوه پئوریا یک طالبی آورد که کپکی با ظاهری قشنگ و طلایی روی آن بود. این سویه جدید کپک بازدهی پنی سیلین را دو برابر کرد، بنابراین ترکیب دو اکتشافی که در پئوریا صورت گرفت میزان بازدهی پنی سیلین را به 20 برابر رساند. چه کسی فکر می کرد پئوریا این قدر در تولید داروی معجزه آسایی که برحسب تصادف در لندن کشف شده بود، نقش پیدا کند؟

اشاره:

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 سفالوسپورینها، پژوهش هایی انجام گیرد. برخی از این آنتی بیوتیک های جدید در مبارزه با باکتری هایی که به پنی سیلین مقاوم اند مؤثر هستند .

فلمینگ، فلوری و چین جایزه نوبل در فیزیولوژی یا پزشکی را در سال 1945 مشترکاً بردند. هر سه متعاقباً به سبب پژوهشهایشان، که منجر به تسکین آلام و نجات جانهای بی شماری شده بود، به لقب سر نایل شدند.

سِرالکساندر فلمینگ به بهره ای که از بخت یاری برد، آگاه بود. یک بار گفت: سرگذشت پنی سیلین جنبه عاطفی خاصی دارد و نشان می دهد که چقدر بخت، اقبال، سرنوشت، تقدیر، یاهر چیزی که اسمش را می گذارید، در زندگی هر کس نقش دارد . باید اضافه کنم که اگر هوشمندی یا – اگر بخواهیم جزء اساسی تعریف والپول از بخت یاری را به کار  ببریم – ذکاوت فلمینگ نبود، تصادف هایی که برایش اتفاق افتادند به هیچ چیزی نمی انجامیدند.

با تشکر از تبیان