Чейн: биохимия пенициллина¶

Чейн: биохимия пенициллина — область исследований, связанная с работами британского биохимика немецкого происхождения Эрнста Бориса Чейна (1906–1979), который совместно с Хоуардом Флори и Александером Флемингом был удостоен Нобелевской премии по физиологии или медицине 1945 года за открытие и разработку пенициллина. Вклад Чейна заключался не в самом обнаружении антибиотика, а в выделении, очистке и изучении его биохимических свойств, что позволило превратить лабораторный курьёз в массовое лекарственное средство.

¶История вопроса

Пенициллин был открыт Флемингом в 1928 году как продукт жизнедеятельности плесневого гриба Penicillium notatum. Флеминг обнаружил, что культура гриба подавляет рост стафилококков, однако выделить активное вещество в чистом виде он не смог: оно оказалось нестабильным и быстро разрушалось. В течение десяти лет пенициллин оставался лабораторным феноменом без практического применения.

В 1938 году профессор патологии Оксфордского университета Хоуард Флори привлёк Чейна к систематическому изучению природных антибактериальных веществ. Чейн, имевший фундаментальную подготовку по биохимии, сосредоточился на пенициллине, который считал наиболее перспективным из известных на тот момент соединений.

¶Выделение и очистка

Основная проблема заключалась в крайней нестабильности молекулы. Чейн разработал методику, основанную на лиофилизации (сублимационной сушке) и низкотемпературном фракционировании. Ключевым этапом стало использование техники противоточной экстракции и хроматографии на колонках с оксидом алюминия. К 1940 году Чейн и его коллега Норман Хитли получили порошок коричневого цвета, обладавший высокой антибактериальной активностью. Этот препарат был в сотни раз активнее исходного культурального фильтрата.

Важным биохимическим достижением стало определение изоэлектрической точки пенициллина и его кислотно-основных свойств. Чейн установил, что пенициллин является слабой кислотой, что позволило разработать эффективные методы экстракции органическими растворителями при контролируемом pH. Эта методология легла в основу промышленного производства антибиотика.

¶Механизм действия

Чейн совместно с Флори провёл первые эксперименты по механизму действия пенициллина на бактериальные клетки. Было показано, что пенициллин не является бактерицидным агентом общего типа (не разрушает мембраны и не денатурирует белки), а действует избирательно на делящиеся клетки. Чейн предположил, что вещество вмешивается в синтез клеточной стенки бактерий, что впоследствии было подтверждено экспериментально: пенициллин ингибирует фермент транспептидазу, блокируя сшивку пептидогликановых цепей. Это объясняло низкую токсичность препарата для животных клеток, не имеющих клеточной стенки.

¶Биосинтез и стабильность

Чейн занимался также вопросами биосинтеза пенициллина грибом. Он установил, что продуктивность Penicillium зависит от состава питательной среды, в частности от наличия определённых аминокислот — предшественников боковой цепи молекулы. Эти исследования заложили основы для последующей разработки методов глубинной ферментации, позволивших наладить крупнотоннажное производство в годы Второй мировой войны.

Отдельным направлением работы Чейна было изучение деградации пенициллина. Он выявил, что молекула разрушается под действием фермента пенициллиназы (бета-лактамазы), продуцируемого некоторыми бактериями, что объясняло их устойчивость к антибиотику. Это открытие стало первым описанием механизма ферментативной резистентности.

¶Клинические испытания и значение

Хотя Чейн не участвовал непосредственно в клинических испытаниях, именно его биохимические разработки сделали возможным проведение первых успешных испытаний на людях в 1941 году в Оксфорде. Без стабильного очищенного препарата, полученного Чейном, применение пенициллина в медицине было бы невозможным.

В 1945 году Чейн, Флори и Флеминг получили Нобелевскую премию. В своей нобелевской лекции Чейн подчеркнул, что открытие Флеминга было случайным, но выделение и изучение вещества — результатом систематической биохимической работы. После войны Чейн продолжил исследования антибиотиков, в частности цефалоспорина, а также занимался изучением инсулина и других биологически активных полимеров.

¶Критика и споры

В научной среде отмечалось, что Чейн имел сложный характер и конфликтовал с коллегами, особенно с Флемингом, которого считал недостаточно компетентным в биохимии. Некоторые историки науки указывают, что Чейн преуменьшал вклад Хитли, разработавшего ключевые методы очистки. Тем не менее, объективная оценка признаёт за Чейном приоритет в создании биохимической основы пенициллинотерапии.

¶Источники

• Macfarlane G. Alexander Fleming: The Man and the Myth. — London: Chatto & Windus, 1984.
• Chain E. The Development of Penicillin in Medicine // Nobel Lecture, 1945.
• Abraham E. P., Chain E. et al. Further Observations on Penicillin // The Lancet, 1941.
• Lax E. The Mold in Dr. Florey's Coat. — New York: Henry Holt, 2004.