Penisilin: Keşfi ve Gelişmeler

Küflü Bir Kavun, Alexander Fleming‘in Penisilininin Keşfinden Seri Üretime Geçmesine Nasıl Yol Açtı? Alexander Fleming’in 1928 yılında antibakteriyel özelliklere sahip bir küfü keşfetmesi, penisilinin hayat kurtaran bir ilaç olmasına giden uzun yolda sadece ilk tesadüfi olaydı.

Londra’daki St Mary’s Hastanesi’nin tozlu bir köşesinde, tıp tarihinin en önemli keşiflerinden birine adanmış küçük, tek odalı bir müze yer alıyor: dünyayı değiştiren bir küf. Küratörler, Alexander Fleming’in laboratuvarını, laboratuvarda çalışırken aralıksız içtiği sigaralardan ünlü Penicillium Petri kabının bir kopyasına kadar, keşif gününde göründüğü gibi yeniden yarattılar.

Penicillium rubens IMI 15378 olarak bilinen orijinal izolatın örnekleri dünyanın dört bir yanındaki koleksiyonlarda kriyoprezervasyona tabi tutulurken, bu suş ilginç bir şekilde günümüzün ticari penisilin üretiminde yer almamaktadır. Bugün seri üretimde kullanılan izolat Fleming’in laboratuvarından çıkmamıştır; bunun yerine milyarlarca dolarlık endüstri, 1940’ların başında Illinois, Peoria’daki bir meyve pazarında bulunan küflü bir kavundan elde edilen bir mikrobu kullanmaktadır.

Fleming’in orijinal keşfinin tesadüfiliği yaygın olarak bilinse de, daha az bilinen sonraki gelişmeler de aynı derecede sıra dışıdır: biyografi yazarı Gwyn Macfarlane süreci “neredeyse inanılmaz olasılıksız bir dizi tesadüfi olay” olarak tanımlamıştır. Bu bilimsel gelişmelerin, 2. Dünya Savaşı’nın sonlarına doğru sayılamayacak kadar çok sayıda askerin enfeksiyondan ölmesini önleyerek ani bir etkisi olacak, ancak aynı zamanda yankıları bugün hala hissedilen uzun süreli etkileri de olacaktır.

Emory Üniversitesi’nde bulaşıcı hastalıklar doktoru ve tıp tarihçisi olan Robert Gaynes, “Penisilin, iddia ediyorum, şimdiye kadar ortaya konmuş en önemli ilaçtır. Bu ilacın keşfi diğer ilaçların keşfi hakkındaki düşüncelerimizi tamamen değiştirdi” diyor.

Penisilinin Uğursuz Başlangıçları

Fleming’in Penicillium’un olağandışı özelliklerini keşfetmesi bugün ünlü olsa da, 1929’daki yayını o dönemde nispeten az etki yarattı. Nitekim Gaynes, Fleming’in çalışmasını Londra’daki Tıbbi Araştırma Kulübü’ne sunduğunda tek bir soru bile sorulmadığını söylüyor.

Fleming, küfün bakteriler üzerindeki etkilerini gözlemlemiş ve dikkatle not etmişti, ancak giderek hayal kırıklığına uğrayan asistanıyla birlikte antibakteriyel maddenin kendisini izole etmeyi başaramadı. Fleming, Londra Tropikal Tıp ve Hijyen Okulu’nda biyokimyacı olan Harold Raistrick’in yardımını aldı. Ancak Raistrick’in ekibi de birkaç yıl sonra, büyük ölçüde “tıp dostlarının penisilinin istikrarsızlığı nedeniyle klinik tıpta asla pratik bir kullanımının olamayacağı yönündeki tavsiyeleri” nedeniyle projeden vazgeçti.  

O zamanlar Oxford Üniversitesi’nde biyokimyacı olan Ernst Chain, yaklaşık on yıl sonra 1929 tarihli makaleyi bulmasaydı, Fleming’in çalışması tarihin hurda yığınına atılabilirdi. Chain ve Oxford’lu patolog Howard Florey, Fleming’in bakteri öldüren küfüne anında ilgi duydular ve bundan sonra araştırmaları hızla ilerledi. 1940 yılına gelindiğinde, biyokimyacı Norman Heatley’in de dahil olduğu Oxford araştırma grubu, küfün nasıl yetiştirileceğini ve penisilinin nasıl saflaştırılacağını belirlemiş ve fareleri üç farklı ölümcül bakteri türünden kurtarabileceğini göstermişti.

İnsan üzerindeki testler neredeyse hemen başladı. 12 Şubat 1941’de araştırmacılar, hayatı tehdit eden Staphylococcus aureus enfeksiyonu olan bir adama ilk penisilin dozunu uyguladı. Sadece 24 saat sonra hastanın durumu dramatik bir şekilde düzeldi, ancak 17 Şubat’ta penisilin stoku tükenmişti. Enfeksiyon geri döndü ve bir ay içinde hasta öldü.

Araştırmacılar, üretimini nasıl artıracaklarını bulamazlarsa, bu neredeyse mucizevi maddenin keşfinin ve izolasyonunun anlamsız olacağını biliyorlardı. Ancak İkinci Dünya Savaşı sürerken ve Alman bombaları birçok büyük şehri harap ederken, İngiltere’nin bu devasa girişime ayıracak kaynakları yoktu. Bu yüzden, diyor Gaynes, “Florey yardım için Amerika Birleşik Devletleri’ne başvurmak zorunda kaldı.”

1941 baharında Florey, Rockefeller Vakfı Doğa Bilimleri Bölümü Direktörü Warren Weaver ile Weaver’ın Londra ziyareti sırasında bir araya geldi. Florey, savaştan zarar görmüş İngiltere’de yeterli miktarda penisilin üretemediğini anlattı. Weaver, Vakfın Florey ve Heatley’in ABD’ye seyahatlerini finanse etmesine karar verdi; böylece devlet araştırma kurumlarından ve ilaç şirketlerinden yardım alarak penisilini seri üretme hayallerini gerçeğe dönüştürebileceklerdi. ABD henüz resmi olarak İkinci Dünya Savaşı’na girmemiş olsa da, hükümet bir süredir Müttefik güçlere yardım sağlıyordu, bu nedenle Florey, ABD’li bilim insanlarının davaya katılmaya istekli olacaklarına dair kumar oynadı.

Böylece, o yılın Haziran ayında Florey ve Heatley yanlarında Penicillium’un değerli kültürlerini de getirerek ABD’ye doğru yola çıktılar. İlk ziyaretleri Florey’nin eski bir arkadaşı olan John Fulton’un profesör olarak çalıştığı Yale Üniversitesi’ne oldu. Florey ve Heatley, Fulton’un bilimsel bağlantıları ve daha sonra diğer araştırmacılar ve hükümet yetkilileri zinciri aracılığıyla Washington DC’ye ve oradan da Peoria, Illinois’deki Kuzey Bölgesel Araştırma Laboratuvarı’na (NRRL) gittiler.

NRRL’nin Fermantasyon Bölümü Başkanı Robert Coghill daha sonra şöyle diyecekti: “Penisilinden sık sık mucize ilaç olarak bahsedilir, ancak onunla ilgili en az anlaşılan mucizelerden biri Florey ve Heatley’in Peoria laboratuvarımıza yönlendirilmiş olmasıdır.“

Peoria’da geçirdikleri zaman kısa ama etkiliydi: ikili Fleming’in küf suşunu ve onu kültürleme konusunda bildikleri her şeyi paylaştı. Oxfordlu araştırmacı çift 1942’nin başlarında evlerine döndükten sonra, NRRL bilim adamları ilacın verimini artırmak için inatla çalıştılar. Peoria’da penisilinin son derece nadir bulunan bir maddeden (o kadar nadir ki ilk insan deneylerinde hastaların idrarından atılan penisilinin toplanıp yeniden kullanılması söz konusuydu) klinik açıdan yararlı ve küresel öneme sahip bir ürüne dönüşmesini sağlayan birkaç önemli gelişme yaşandı.

Fermantasyon konusunda yılların uzmanlığına sahip olan NRRL grubu, Penicillium suşlarına uyguladıkları ilgili mikropların büyümesini artırmak için çeşitli teknikler geliştirmiştir.

İlk olarak, NRRL mikoloğu Andrew Moyer tarafından geliştirilen kültür ortamlarında farklı bileşenler kullandılar. Gaynes, önemli bileşenin “mısır nişastası üretiminin bir yan ürünü olan ve mısır dik likörü olarak adlandırılan madde olduğunu söyledi. Atık bir üründü. Ortabatı’nın ortasında çok kötüydü. Ve ortaya çıktı ki (yine tesadüfen) Penicillium’u büyütmek için Heatley’in kullandığı her şeyden çok daha iyiydi. Bu da inanılmaz şansın bir başka örneğiydi.”

O dönemdeki araştırmacılar da benzer şekilde düşünüyordu. Coghill, “[NRRL] eminim ki ülkede mısır dik likörü besiyerinin keşfedilebileceği tek laboratuvardı,” diyordu. “Penisilin besiyerindeki kilit yerinin keşfi, sorun Fermantasyon Bölümümüze verildiğinde önceden belirlenmişti ve kaçınılmazdı. “

NRRL araştırmacıları ayrıca mikropların büyük, düz kaplarda yetiştirildiği yüzey fermantasyonu yerine, mikropların havalandırmak için sürekli karıştırılan kaplarda yetiştirildiği daldırılmış fermantasyon sürecini kullanarak verimi artırdı.

Şanslı serileri devam etti. Coghill, NRRL Fermantasyon Bölümü’ndeki meslektaşları Kenneth Raper ve Dorothy Alexander ile birlikte, Fleming suşundan daha yüksek penisilin verimine sahip olup olmadığını belirlemek için yüzlerce Penicillium suşunu test etti. Küflü ekmeklerden, peynirlerden, meyvelerden ve sebzelerden mikrop toplayarak ve İngiltere, Brezilya, Avustralya ve Hindistan da dahil olmak üzere dünyanın dört bir yanındaki ülkelerden toprak örnekleri almak için Ordu Ulaştırma Birliği’nden yardım alarak çok çeşitli örnekler topladılar. Coghill’in de belirttiği gibi, “dünya çapındaki bu avın en kötü yanı, en iyi üreticinin Peoria’daki bir meyve pazarından alınan küflü bir kavundan elde edilmiş olmasıydı.”

Şu anda Illinois eyalet mikrobu olan “kavun suşunu” veya Penicillium rubens NRRL 1951’i tam olarak kimin bulduğu konusunda bazı tartışmalar vardır. Keşfi takip eden on yıllarda yerel gazeteler kavunun “Küflü Mary” lakaplı NRRL teknisyeni Mary Hunt tarafından bulunduğunu bildirmiştir ve gerçekten de Hunt, mikrobun tanımlanmasına ilişkin 1944 tarihli makalenin teşekkür kısmında listelenmiştir.11 Coghill, Raper ve Alexander şöyle yazmıştır: “Küflü materyal örneklerini topladığı ve birçok türün izolasyonuna ve ön testlerine yardımcı olduğu için Bayan Mary K. Hunt’a da aynı şekilde teşekkür borçluyuz. “10 Ancak yıllar sonra Raper bir muhabire kavunun yerel bir ev hanımı tarafından bırakıldığını söylemiştir.

İlk olarak kimin bulduğuna bakılmaksızın, kavun suşu günümüzün ticari suşlarının türetildiği “ebeveyn” olarak büyük önem kazanmıştır. Bu gelişmelerin penisilinin seri üretimini hızlandırmadaki önemi abartılamaz: Gaynes, “1942’nin başında hiç [penisilin] yoktu ve ’42’nin sonunda ilk klinik deney için yeterli miktarda penisiline sahip oldular” dedi. “Ve 1943’ün sonunda tüm Müttefik silahlı kuvvetlerini tedavi etmeye yetecek kadar penisiline sahiptiler… Bu gerçekten olağanüstü bir dönüşümdü.”

Yine de NRRL araştırmacılarının çalışmaları dünya sahnesinde büyük ölçüde tanınmadı; Fleming, Chain ve Florey ise 1945 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne layık görüldü.

EYLÜL ÜNLEN