پنی سیلین، حاصل بهره‌گیری از تصادفی حیاتی

داستان کشف پنی سیلین توسط کاشف آن الکساندر فلمینگ، داستانی آموزنده و جالب است. در طی جنگ جهانی اول، او برای معالجه‌ی سربازان زخمی، به جبهه‌ی جنگ اعزام شد. در آزمایش‌هایی که او روی سربازان زخمی در حین مداوای آنها انجام می‌داد متوجه شد ماده‌ی ضدعفونی‌کننده‌ی فنول که برای شستشوی زخم استفاده می‌شد بیش از این که مفید باشد مضر است زیرا گلبول‌های سفید خون که مدافع بدن در مقابل بیماری‌ها هستند بر اثر این ماده سریع‌تر از باکتری‌های عفونی کشته می‌شوند. او که استاد باکتری شناسی بود همواره درصدد بود ماده‌ی جای‌گزینِ مناسبی برای از بین بردن باکتری‌های عفونت‌زا پیدا کند. این خواست او با یک تصادف، منجر به کشف این ماده توسط او شد. در سال 1922 میلادی هنگامی که دچار زکام شد ترشحات بینی خود را در آزمایشگاهش کشت داد. در حالی که ظرف کشت که پر از باکتری‌های زردرنگ بود را ملاحظه می‌کرد قطره اشکی از چشمش به درون ظرف چکید. فردای آن روز که ظرف کشت را بررسی کرد متوجه شد که در اطراف جایی که تصادفاً قطره‌ی اشکش چکیده بود فضای شفافی عاری از باکتری ایجاد شده است. او بلافاصله نتیجه گرفت که احتمالاً در اشک ماده‌ای وجود دارد که باکتری را از بین برده است، و چنین ماده‌ای نمی‌تواند برای بدن و گلبول‌های سفیدش مضر باشد چون در خود بدن وجود دارد. او نام لیزوزیم را بر این ماده یا آنزیم ضد باکتری نهاد. البته با تحقیقات بعدیش متوجه شد که این ماده چندان به درد کار او نمی‌خورد چون تنها قادر به از بین بردن باکتری‌های بی‌ضرر بود. اما چنان که خواهیم دید، همین کشف، او را به کشف پنی‌سیلین راهنمایی کرد. شش سال بعد در حالی که مشغول تحقیق روی آنفولانزا بود باز متوجه شفاف شدگی دیگری در محیط کشت باکتری شد. شاید اگر تحقیقات و نتیجه‌گیری‌های قبلی‌اش در مورد لیزوزیم نبود به این امر توجهی نمی‌کرد. به هر حال او متوجه شد که در یکی از ظرف‌های پهنِ کشت باکتری، ناحیه‌ی شفافی به وجود آمده است. با به خاطر آوردن ماجرای قطره اشکش یررسی کرد که آیا ماده‌ی خارجی‌ای به طور ناخواسته در آن ظرف قرار گرفته است که این وضعیت را باعث شده است یا نه. با تحقیق و بررسی‌ای که انجام داد متوجه شد که این ناحیه‌ی شفاف در اطراف نقطه‌ای پدید آمده است که بر آن نقطه به طور اتفاقی قبل از گذاشتن درپوشِ ظرف تکه‌ای کپک افتاده بود. پس بلافاصله با توجه به تجربه‌ی قبلی‌اش نتیجه گرفت که کپک باید ماده‌ای تولید کرده باشد که باکتری‌های استافیلوکوک در ظرف کشت را کشته باشد. فلمینگ در این زمینه خود بیان میکند که «اگر تجربه‌ی قبلی‌ام در مورد لیزوزیم نبود ممکن بود من هم مانند خیلی از باکتری شناسان دیگر ظرف کشت را بدون اهمیت دادن به چیزی به دور می‌انداختم بسیار محتمل است که بعضی از آنان متوجه تغییراتی شبیه آن‌چه من دیدم شده باشند اما چون به مواد طبیعیِ ضدِ باکتری اهمیتی نمی‌دادند کشت‌ها را دور انداخته باشند ، اما من بر خلاف آنها به جای دور انداختن کشت بر روی آن تحقیق نمودم». متعافباً فلمینگ به جداسازی کپک پرداخت و از آن آنتی‌بیوتیکی تولید کرد که آن را پنی‌سیلین نامید. به زودی متوجه شد که صدها نوع کپک وجود دارد و صدها نوع باکتری. و هر کپکی برای نابودی هر باکتری‌ای مناسب نیست. او باز متوجه شد که شانس با او یار بوده است که بر حسب اتفاق کپک مناسب برای کشتن باکتری استافیلوکوک را کشف کرده است چون اتفاقاً همین کپک برای کشتن انواع دیگر باکتری مناسب نیست. به هر حال، خوشبختانه باکتری‌هایی توسط پنی‌سیلین از بین می‌روند که باعث بسیاری از عفونت‌های خطرناک شایع در انسان هستند. ادامه‌ی تحقیقات فلمینگ نشان داد که پنی‌سیلین به سلول‌های جانوری آسیب نمی‌رساند و سمی نیست. او می‌نویسد «این که متوجه شدم پنی‌سیلین برای گلبول‌های سفید ضرری ندارد مرا متقاعد کرد که می‌توانیم از آن به عنوان یک ماده‌ی دارویی استفاده کنیم. وقتی از پنی‌سیلین در خون انسان استفاده کردم متوجه شدم که استافیلوکوک‌ها تا یک هزارم مقدار اولیه‌اشان رقیق شدند، در حالی که اثر سمی‌ای بر گلبول‌های سفید بیش از آن چه در محیط کشت اولیه مشهود بود دیده نشد. تزریق آن به جانوران دیگر نیز اثر مسموم کننده‌ای آشکار نکرد. از آن برای معالجه‌ی چند بیمار استفاده کردم اما اثر چندانی مشاهده نشد و فهمیدم که باید غلظت پنی‌سیلین را افزایش دهم. اما با افزایش غلظت، متوجه شدم که سریعاً فاسد می‌شود. نتیجه گرفتم که نیاز به اتخاذ روش‌های پیچیده‌تری برای کاربردی کردن پنی‌سیلین می‌باشد».

شکست فلمینگ در تغلیظ پنی‌سیلین باعث شد تا چندین سال، کار مهمی در مورد این کشفِ مهم صورت نگیرد به ویژه که در این سال‌ها روش نوظهور و موفق شیمی درمانی در مبارزه با عفونت، همه‌ی نظرها را به خود جلب کرده بود.
در اواخر دهه‌ی سی میلادی هاوارد فلوری استاد آسیب شناسی دانشگاه آکسفورد انگلستان با همکاری ارنست بوریس چین در همان دانشگاه، به تحقیق روی لیزوزیم که نخستین بار توسط فلمینگ به طور تصادفی کشف شده بود و نیز دیگر مواد ضدباکتری طبیعی پرداختند و در این بررسی‌ها به ویژه تلاش‌های فلمینگ در ساخت پنی‌سیلین مورد توجهشان قرار گرفت. آنها عقیده داشتند در میان تمام این مواد، پنی‌سیلین می‌تواند امیدوار کننده از همه در مبارزه با عفونت باشد. به همین لحاظ در صدد برآمدند کار فلمینگ در کاربردی ساختن این دارو از طریق تغلیظ آن به گونه‌ای که خراب نشود را به نحو مقتضی ادامه دهند. برای این کار از امکانات گسترده و پیچیده‌ای که تنها در دانشگاه آکسفورد، و نه در آزمایشگاه فلمینگ، در اختیارشان بود بهره بردند و با روش‌های شیمیاییِ پیچیده‌ای توانستند به طور موفق، به تغلیظ و صاف کردن پنی‌سیلین تا آنجا بپردازند که این دارو به گونه‌ای کاملاً موفق به مقابله با عفونت‌های موجود در موش و سپس در انسان بپردازد، عفونت‌هایی که هم ناشی از باکتری استافیلوکوک بود و هم دیگر باکتری‌های خطرناک، عامل آن بودند. از آن جا که رشد پنی‌سیلین در ابتدا مشکل بود علیرغم این که فایده‌ی بسیار زیاد و ضروری آن به اثبات رسیده بود این دارو کمیاب بود و بسیاری از معالجات که به امید استفاده از این دارو برنامه‌ریزی شده بود به دلیل کمیاب بودن آن بی‌نتیجه می‌ماند. ضرورت این دارو به ویژه در درمان زخمیان جنگ دوم جهانی باعث شد فشار زیادی بر روی تولید انبوه این دارو گذاشته شود و تولید آن در انگلستان و امریکا در درجه‌ی نخست اهمیت قرار گیرد. شیمی‌دانان تلاش زیادی به عمل آوردند تا بلکه از راه‌های ساده‌تری به تولید این ماده‌ی نجات دهنده‌ی زندگی‌ها بپردازند. تلاش‌های آنها پس از مشخص کردن ساختار شیمیایی مولکول پیچیده و ناپایدار پنی‌سیلین منجر به این شد که در سال‌های جنگ پنی‌سیلین با سرعت از راه نخمیر تولید شود و تنها در پایان جنگ بود که موفق شدند پنی‌سیلین را به طور مصنوعی نیز تولید کنند. استفاده از این ماده جان هزاران مجروح جنگی را در طی جنگ جهانی دوم نجات داد و به علاوه باعث شد که تلاش‌های زیادی برای کشف دیگر آنتی‌بیوتیک‌های مشابه با ترکیب شیمیایی پنی‌سیلین برانگیخته شود، مثل آنتی‌بیوتیک‌های سفالوسپورین، که برخی از آنها قادر به از بین بردن باکتری‌های عفونیی بودند که در برابر پنی‌سیلین مقاوم بودند. به خاطر کشف و کاربردی ساختن این داروی حیاتی، جایزه‌ی نوبل پزشکی سال 1945 به هر سه نفر فلمینگ، فلوری و چین اعطا شد. این هوشمندیِ فلمینگ در بهره‌گیری از وقایع تصادفی بود که چنین توفیق و خدمت بزرگی را در بحرانی‌ترین لحظات نصیب بشریت کرد.