Антибиотики и химиотерапия: как все начиналось

Борьба с инфекциями началась с найденных эмпирически антисептиков. Так австрийский аку­шер Земмельвейс в 1846 г. предложил обрабаты­вать руки акушеров хлорной водой, что привело к резкому снижению частоты родовых инфекций. А в 1987 г. англичанин Джозеф Листер предложил использовать карболовую кислоту (раствор фе­нола) в качестве антисептика для обработки рукхирургов, инструментов и материалов, что также снижало риск периоперационного инфицирова­ния. Однако все эти соединения были токсичны, поэтому могли применяться только местно. Позже начали проводиться работы в которых пытались создать антибактериальные препараты для «си­стемного» применения. В 1896 году Уильям Генри Перкин (1838-1907 гг.) был 18-летним студентом химиком, работавшим на великого Хофмана в Ко­ролевском химическом Колледже в Лондоне (Хоф­ман в свою очередь являлся учеником известного немецкого химика Лейбига). Первоначально имбыла предпринята безуспешная попытка синте­зировать хинин — средство для лечения малярии. Так как у него не было знаний об изомерах и стере­охимии, он полагал, что если он нагреет кору хин­ного дерева, то получит хинидин. Неудивительно, что вместо хинина, он получил чёрную смолу. Но даже после таких неудач, он сохранял оптимизм. Дальнейшие исследования показали, что эта смо­ла содержит порядка 5% удивительного вещества, в последствие названного анилиновым красите­лем. У этого анилинового красителя были выяв­лены свойства антисептика, в качестве которого он начал использоваться в клинической практики. Спрос на анилиновый краситель был настолько велик, что он изначально стоил как платина. Бы­стрый рост производства значительно снизил его стоимость. И если прогресс в профилактике ин­фекций, в т.ч. благодаря применению анилинового красителя, имел место быть, то в лечение инфек­ционных болезней осталось не решённой пробле­мой. Последствия самой тривиальной инфекции могли оказаться фатальными. Так, известный ан­глийский поэт Роберт Брук был покусан комарами во время средиземноморского путешествия. Он расчесал укусы и у него начался сепсис, он умер несколько дней спустя в возрасте 28 лет.

Первым эффективный химиотерапевтический агент для лечения инфекций был открыт Паулем Эрлихом (1854-1915 гг.). Это был препарат саль­варсан для лечения сифилиса, который в насто­ящее время уже давно не применяется, однако, его применение в те времена было революцией в лечение данного заболевания. Именно Эрлихом введено понятия химиотерапии, под которым он понимал лечение препаратами, которые «убива­ют паразитов» без влияния на организм хозяина. Позднее этот термин стал применяться не только в отношении противомикробных и противопараз­итарных средств, но и в отношении лекарств для лечения онкологических заболеваний. Эрлихом же вводится понятие фармакодинамики, под которой он понимал процессы взаимодействия лекарства с организмом хозяина. Позднее, понятие фармако­динамика значительно расширилось и в настоящее время в него входит механизм действия, локализа­ция действия и виды действия любых лекарствен­ных средств.

Первым классом антибактериальных препаратов, которые широко стали применяться были сульфонамиды, родоначальником которых был препарат Пронтозил (красный стрептоцид), соз­данный в 1935 году. Герхард Домагк (1895-1964 гг.) был патологом, работающим на компанию «Bayer» в Германии. Он изучал фагоцитоз стрептококка в клетками печени. Так же на предприятии, где он работал производились текстильные красители. Пронтозил, изначально был разработан именно в качестве текстильного красителя. В эксперимен­тальных исследованиях Домагку удалось показать, что Пронтозил быстро вылечивал стрептококко­вую инфекцию у мышей, инфицированных дан­ным микроорганизмом. Есть легенда, что первый из подобных экспериментов был проведён совер­шенно случайно: кошка, которая жила в лабора­тории, опрокинула ёмкость с Пронтозилом в корм для мышей, заражённых стрептококком, которые, на удивление Домагка остались живы. Компания «Bayer», однако, не была заинтересована в выпуске Пронтозола, не оценив ценности, в т.ч. и коммерче­ской, экспериментов Домагка. 4 декабря 1935 года дочь Домагка, упала с лестницы и получила откры­тый перелом руки. У девочки развивается раневая инфекция и через 4 дня после падения у неё раз­вивается клиническая картина заражения крови (стрептококкового сепсиса), смертность от кото­рого в те времена составляла 100%. Домагк решил использовать последний шанс и дал ей Пронтозил, и вскоре девочка полностью выздоровела. Домагк был номинирован на Нобелевскую премию, однако правительство Германии из-за сложной политиче­ской обстановки в стране не разрешило ему её по­лучить: в связи с присуждением Нобелевской пре­мии мира в 1935 г. политзаключённому Карлу фон Осецкому, Адольф Гитлер запретил немцам иметь какие-либо отношения с Нобелевским комитетом. Уже после окончания Второй мировой войны, в 1947 г. Домагку вручают диплом Лауреата, но со­гласно правилам, он так и не смог получить де­нежное вознаграждение. Сульфаниламиды до 80-х годов ХХ века оставались широко применяемыми лекарствами, не только для лечения бактериаль­ных, но и протозойных инфекций. В СССР уже в конце 30-х годов ХХ века в Научно-исследователь­ском химико-фармацевтическом институте (НИХ­ФИ) разрабатывается целая серия отечественных сульфаниламидов (норсульфазол, сульфадиметок­син, фталазол, сульгин и др.), которые быстро ста­ли доступными в качестве лекарственных средств. В настоящее время, с появлением новых высоко­эффективных и безопасных антибиотиков, значе­ние сульфаниламидов для лечения инфекций зна­чительно уменьшилось. Но есть заболевания, при которых именно они является препаратами перво­го выбора, например, пневмоцистная пневмония у больных с ВИЧ-инфекцией.

Параллельно с разработкой сульфаниламидов, начинается эра антибиотиков. В 1928 г. английский бактериолог Александр Флеминг обратил внима­ние, что в случайно «застоявшихся» чашках Петри вокруг колоний плесневого грибка не было роста стрептококков. Обычно, чашки Петри с колони­ями плесени просто выкидывали, т.к. считали, что чистую бактериальную культуру уже не выра­стишь. Есть мнение о неряшливости Флеминга, и он часто «передерживал» чашки Петри и именно благодаря этой черте характера учёного стало воз­можным выше описанное наблюдение. Флеминг предположил, что вещества, содержащиеся в плес­невом грибке, обладают антибактериальным дей­ствием. Также есть мнение, что Флеминг просто забывал о своих культурах, т.к. серьёзно увлекал­ся парусным спортом. По просьбе Флеминга, его друг, миколог Ла Туш (за то, что он был крупным специалистом по плесени у него была кличка в на­учном мире — «Старая плесень») определил, что плесневый грибок, полученный Флемингом был из рода Penicillium, но его вид был определён ошибоч­но. Позже американский микробиолог Том точно определил и вид плесени Флеминга: Penicillium natatum, споры которого, как полагают, случайно «залетели» в окно лаборатории Флеминга из ми­кологической лаборатории, находившейся этажом ниже.

Это был редкий вид плесневого грибка, ко­торый впервые был выделен из гниющего иссопа (полукустарник). Интересно, что иссоп упомина­ется в Библии в следующем контексте: «Окропи меня иссопом, и буду я чист; омой меня, и буду белее снега» (Псалом 50:9)». Есть мнение, что Фле­минг хорошо знал Библию и он процитировал этот Псалом, когда увидел подавление роста бактерий вокруг колонии плесневого грибка. Флеминг был верующим человеком и до конца жизни был уве­рен, что открытие пенициллина — это «Божий про­мысел». Итак, Флеминг сразу понял ценность ан­тибактериальных свойств плесени и опубликовал свои догадки в 1929 г. в Британском медицинском журнале. Причём Флеминг показал, что вещество плесневого грибка превосходит по активности и антибактериальному спектру действия открытые Домагком сульфаниламиды. Флеминг не одно­кратно предпринимал более или менее успешные попытки местного применения «культуральной» жидкости в которой рос плесневый грибок. Так он добился полного излечения своего ассистента от гнойного синусита путём промывания пазух носа «культуральной» жидкостью. Но были и не уда­чи: женщине с раневой инфекцией, которой при­шлось ампутировать ногу, Флеминг накладывал на раневую поверхность марли, смоченную «культу­ральной» жидкостью, однако женщина погибла. У Флеминга не оставалось никаких сомнений, что для эффективного лечения необходимо выделить чистое «действующее» вещество плесени, что по­зволит применять его «системно». В течение не­скольких лет Флеминг искал химиков, способных справиться с этой задачей. Кроме того, разразив­шийся в то время финансовый кризис не позволил обеспечивать постоянное финансирование подоб­ных исследований. Часто работа над выделением активного вещества из плесневых грибков велась «на общественных началах» его друзьями-хими­ками, которые тут же отказывались продолжать исследования при появлении малейших препят­ствий. Кроме того, по мнению современников, Флеминг не обладал «искусством» продавать свои идеи. Ему даже не удалось убедить в перспектив­ности своих идей своего учителя Райта, который отвергал всякие идеи химиотерапии инфекций и был ярым сторонником разработки вакцин как единственному, с его точки зрения, эффективному способу борьбы с инфекциями. Такое положение вещей сохранялось до 1938 года, пока к работе не приступили учёные из Оксфордской группы, ими были австралиец Г. Флори и беженец из Германии Э. Чейн, которых заинтересовали публикации Фле­минга. Флори не просто возглавил работу по по­лучению пенициллина, он «выбил» финансирова­ние в размере 5000 долларов из фонда Рокфеллера. Когда работа началась Флори и Чейн думали, что Флеминг уже умер и были очень удивлены, когда узнали что Флеминг приезжает к ним с визитом. Работа «закипела». Чейн и присоединившийся ещё один химик Хитли применив новейший для того времени метод лиофилизации выделили пеницил­лин в чистом виде. В то время как Флори со своей женой занимались доклиническими, эксперимен­тальными исследованиями пенициллина. К 1940 году они уже продемонстрировали у лаборатор­ных животных высокую эффективность пеницил­лина, превышающую открытый Доманком сульфа­ниламид Пронтозил. Однако денег на проведение клинических исследований не было, т.к. Англия вступала в войну с Германией. Были лишь еди­ничные клинические наблюдения эффективности пенициллина, так 12 февраля 1941 г. Флори пред­принял первую удачную попытку применения вы­деленного пенициллина у больного с сепсисом на которого был израсходован весь полученный пре­парат. Флори и Чейн, опасаясь, что во время воен­ных действий культура плесневого грибка может быть утрачена, пропитали подкладки своих костю­мов, жидкостью, содержащую споры, из которых можно было легко получить новые колонии. Но не смотря на сложную политическую обстановку и безденежье, Чейн продолжал эксперименты и от­крыл бета-лактамную структуру пенициллина. В 1941 г. Флори, взяв с собой Хитли, решил вывести культуру Penicillium natatum, что было сделано в тайне от Чейна. Флори имел давние «связи» в США и по приезду он убеждает Альфреда Ричардса, ко­торый был председателем Научно-исследователь­ского медицинского совета США, убедить Пра­вительство США организовать «пенициллиновый проект», который был поручен главным образом компании «Pfizer», что было ключевым моментом в её развития, который позволил в настоящее время стать крупнейшим фармацевтическим гигантом в мире. Чейн отдал «пенициллиновые» технологии даром. В 1943 г. после публикаций результатов ис­следований Флори и Чейна, уже упоминавшийся микробиолог, учитель Флеминга Райт, выступил в одной из статей с заявлением, что впервые ан­тибактериальные свойства плесени были описаны его учеником Флемингом, работы которого Фло­ри и Чейн не упоминали. К этому времени в США пенициллин уже производился в промышленных масштабах и поставлялся на фронт, в т.ч. и в СССР по «ленд-лизу». К 1943 г. чистый пенициллин был получен и исследован в доклинических и клини­ческих исследованиях и в СССР группой под ру­ководством З.В. Ермольевой, применение которого было разрешено Фармакологическом комитетом страны. Есть легенда, что плесневый грибок для получения отечественного пенициллина был со­бран Ермольевой со стен одного из бомбоубежищ. Первое клинические исследование отечественного пенициллина было проведено у бойцов с раневой инфекцией 1-Прибалтийского фронта, результа­ты которого были признаны успешными. Главный хирург Красной армии Н.Н. Бурденко лично разра­ботал рекомендации для военных врачей по при­менению пенициллина: показания, режим дозиро­вания, длительность лечения и т.д. В 1944 г. Флори приезжал в СССР для того чтобы лучше изучить советский пенициллин и приходит к выводу, что он по активности в 1,5-2 раза превышает амери­канский. Однако даже налаженное промышленное производство отечественного пенициллина не мо­жет «покрыть» всех потребностей фронта, поэто­му в СССР чаще используется американский пени­циллин. Художественное описание разработки и исследования отечественного пенициллина описа­но В. Кавериным в романе «Открытая книга» (1956г.), который был дважды экранизирован. В 1945 г.Флеминг, Флори и Чейн за своё открытие получают Нобелевскую премию по медицине. Правда, к это­му времени авторы пенициллина изрядно испор­тили отношения другу с другом в праве за наибо­лее существенный вклад в открытие, обиженным был и Хитли (скончался в 2004 г.), который вообще никак не было поощрён. Может быть поэтому, по­сле Второй мировой войны из всей исследователь­ской группы пенициллина, лишь Чейн продолжает серьёзные исследования в области поиска новых антибиотиков и открывает следующий их класс — цефалоспорины.

С 1932 г., параллельно с работами по изучению пенициллина, который оказался не активным в отношении микобактерии туберкулёза, шла раз­работка первого противотуберкулёзного анти­биотика группой учёных под руководством Вак­смана по поручению Американской ассоциации по борьбе с туберкулёзом. В отличии от открытия пенициллина, открытие стрептомицина в меньше степени было случайным, а в основе исследования лежал целенаправленный скрининг источников антибиотиков. Это было хорошо спланированное исследование, в основе которого, однако лежа­ло также наблюдение: микобактерии туберкулёза быстро гибнут в почве. Ваксман сделал вывод, что это связано с антагонистичным действием со сто­роны других бактерий, живущих в почве. Много­численные и длительные исследования показали (было протестировано не менее 10000 почвенных бактерий), что таким действием обладает бактерияStreptomyces grisus, из которой в течение многих лет Ваксман со своей исследовательской группой пытался выделить активное вещество. И только в 1940 г. исследования дали результат: был выделен актиномицин, обладающий мощным антибактери­альным действием, однако весьма токсичным. А в 1943 г. по заданию Ваксмана, его ученик Шатц вы­делил и стрептомицин, обладающий активностью по отношению к микобактериям туберкулёза. Сле­дует отметить, что именно Ваксман вводит термин — антибиотик. Прорывом в лечении туберкулёза было открытие изониазида, который был обнару­жен в 1952-1953 гг. тремя независимыми группа­ми учёных. Начало применение стрептомицина и изониазида для лечения туберкулёза позволило вылечивать это заболевание, обходясь без трав­матизирующих операций. Изониазид в настоящее время остаётся основным противотуберкулёзным препаратом, который входит в состав практиче­ских всех схем лечения этого заболевания, реко­мендованных ВОЗ.

Новым подходом к поиску антибактериальных и противоопухолевых препаратов являлись ис­следования по поиску препаратов, блокирующих синтез нуклеиновых кислот. Это пример созда­ния лекарств с помощью уже описанного подхода, основанного на первоначальном поиска молеку­лы-мишени и «подбора» к ней препарата как ключ к замку. Элайон и Хитчингс проводили поиск пре­паратов, блокирующих синтез нуклеиновых кис­лот в бактериальной клетке: в 1948 г. был получен препарат диаминопурин, который оказался эффек­тивным при лейкозе в эксперименте. Однако, орга­низованное клиническое исследование, в которое включались больные с лейкозами, было остановле­но из-за высокой токсичности препарата. В 1951 г. эти же авторы разработали ещё один ингибитор синтеза нуклеиновых кислот 6-меркаптопурин, который продемонстрировал меньшую токсич­ность и высокую для тех времён эффективность: у 30% больных с лейкозами удавалось добиться стойкой ремиссии. А в 1957 г. ими был получен ещё один подобный препарат — азатиоприн. И тот и дугой препарат открыли путь к химиотерапии онкологических заболеваний и до сих пор исполь­зуется для лечения больных в онкогематологиче­ской и ревматологической практике. Параллельно авторы вели работу по поиску противомикроб­ных лекарств, блокирующих нуклеиновые кис­лоты: ими был получен триметоприм, который в сочетании с сульфаниламидами расширял спектр действия препарата и увеличивал его активность не только в отношении бактерий, но и возбудите­лей протозойных инфекций (малярия). Однако,в настоящее время комбинация триметоприма и сульфаниламида, всем известное под названием Бисептол, применяются редко. И наконец именно эти авторы в 1977 г. получают первый противови­русный препарат, блокирующий репликацию ви­русной ДНК, ацикловир, до сих пор остающийся «золотым стандартом» лечения герпетической ин­фекции. А в 1985 году они получают препарат ази­дотимидин, блокирующий обратную транскрипта­зу ВИЧ — это первый противовирусный препарат для лечения ВИЧ-инфекции, который до сих пор входит в состав многих эффективных схем проти­вовирусной терапии ВИЧ-инфекции, значительно увеличивающий продолжительность жизни таких пациентов. За серию подобных «прорывных» ра­бот в области химиотерапии в широком смысле слова, Элайон и Хитчингс получают Нобелевскую премию в 1988 г.

С середины ХХ века начинается «бум» антими­кробных и противоопухолевых химиотерапевти­ческих препаратов. К концу ХХ века было получе­но около 4000 антибиотиков, около 60 из которых широко используется в клинической практике и в настоящее время. Увлечение антибиотиками и не­обоснованное их применение привело к большим проблемам в виде формирования резистентности микроорганизмов, однако представить себе совре­менную медицину без этих лекарств в настоящее время не возможно.