Bakterie antybiotyki lekooporność - ebook

PRZEDMOWA

W roku 1992 nakładem Wydawnictwa Naukowego PWN ukazała się książka profesora Zbigniewa A. Kwiatkowskiego Oporność bakterii na antybiotyki. Wypełniła ona wyraźnie wtedy odczuwalną lukę w polskim piśmiennictwie naukowym dotyczącym antybiotyków, ich działania oraz mechanizmów bakteryjnej oporności na te leki. Książka ta powstawała w szczególnych okolicznościach, gdyż jej Autor, zmożony chorobą, już wtedy praktycznie nie wychodził z domu, nie miał też dostępu do Internetu. Polegał więc na dostarczanych mu głównie przez autora niniejszej Przedmowy materiałach, na własnej bogatej wiedzy i przemyśleniach.

Od roku 1992 liczba antybiotyków stosowanych w medycynie stosunkowo niewiele się zmieniła. Do chemioterapeutyki wprowadzono nowe analogi związków już znanych, a jedynym antybiotykiem zupełnie nowej klasy jest stosowany od bardzo niedawna linezolid (Zyvox). Więcej nowych antybiotyków, najczęściej nieprzydatnych w lecznictwie ze względu na ich silne działanie uboczne, znalazło zastosowanie w badaniach laboratoryjnych oraz w rolnictwie. Minione lata przyniosły jednak bardzo wiele informacji o mechanizmie działania antybiotyków, a przede wszystkim o przyczynach gwałtownie narastającej lekooporności wśród bakterii. Lepiej poznano przyczyny rozprzestrzeniania się oporności, zarówno między oddziałami w szpitalach, jak i między odległymi częściami świata. Odkryto i opisano wiele zupełnie nowych mechanizmów warunkujących oporność, co jeszcze raz udowodniło ogromne możliwości bakterii w tym zakresie. Celowe zatem wydało się wznowienie, w zaktualizowanej formie, dawno zresztą wyczerpanego nakładu Oporności bakterii na antybiotyki. Profesor Kwiatkowski rozmawiał ze mną na ten temat wielokrotnie. Po licznych dyskusjach, powstał jednak pomysł napisania przez nas dwóch zupełnie nowej książki, w której wykorzystano by pewne fragmenty wcześniejszej, np. część wprowadzenia historycznego. Wspólnie stworzyliśmy spis treści nowej książki Bakterii, antybiotyki, lekooporność. Ale droga od napisania „spisu” do wypełnienia treścią kolejnych jego punktów była bardzo trudna, a to ze

względu na nieubłaganie pogarszający się stan zdrowia prof. Kwiatkowskiego. Z tego właśnie powodu świadomie postanowił ograniczyć On swój udział w jej tworzeniu. Nie doczekał, niestety, ukończenia jej pisania.

Książka ta zapewne w ogóle by nie powstała, gdyby nie zaangażowanie osób, którym w tym miejscu chciałbym bardzo gorąco podziękować – przede wszystkim pani dr Jadwidze Baj z Instytutu Mikrobiologii Uniwersytetu Warszawskiego (IMUW) za wzięcie na siebie ciężaru napisania całego, bez kilku drobnych fragmentów, rozdziału o perspektywach walki z bakteriami chorobotwórczymi oraz za cenne uwagi dotyczące treści pozostałych rozdziałów, pani Alison Z. Young, MD, PhD z Cornell University za pomoc w dotarciu do materiałów źródłowych i nieustającą inspirację, pani mgr Małgorzacie Kłoszewskiej (IMUW) za udział w części dotyczącej oporności na wankomycynę, panu Markowi Woźniakowi za perfekcyjne wykonanie rycin oraz skład komputerowy całości w bardzo krótkim czasie, pani redaktor Małgorzacie Nawrot (PWN) za życzliwość i wsparcie.

Bakterie, antybiotyki, lekooporność, to książka o charakterze nieco encyklopedycznym, w której zainteresowany Czytelnik znajdzie odpowiedzi na nurtujące Go pytania dotyczące konkretnych antybiotyków i sposobów ich działania. Równocześnie uzyska informacje na temat coraz bardziej nagłaśnianego w mediach istotnego problemu oporności gronkowców, paciorkowców, czy innych bakterii chorobotwórczych na antybiotyki, mechanizmów powstawania tej oporności, a w końcu perspektyw w walce z bakteriami chorobotwórczymi.

Zdzisław MarkiewiczROZDZIAŁ 1 WSTĘP

Człowiek, podobnie jak zwierzęta, zawsze żyje w bezpośrednim otoczeniu bakterii, wirusów i innych drobnoustrojów. Niektóre wyraźnie szkodzą swym „gospodarzom”, wywołują choroby, czasem kaleczą i zabijają. Tak musiało być już przed milionami lat, gdy na Ziemi pojawiali się nasi bezpośredni przodkowie, choć, rzecz oczywista, ani o ich chorobach, ani ich sprawcach nic wiedzieć nie możemy. Znając „obyczaje” dzisiejszych drobnoustrojów, przypuszczamy, że przełom we współżyciu człowieka z drobnoustrojami – wśród nich przede wszystkim z bakteriami – nastąpił mniej więcej przez 6 tysiącami lat, gdy na terenie Bliskiego Wschodu, następnie w Europie powstawały pierwsze duże osiedla ludzkie, warownie, miasta. W związku z zagęszczeniem ludzi, rozwojem handlu, dużymi wojnami, bliskim kontaktem ze zwierzętami udomowionymi, niektóre choroby szerzyły się gwałtowniej, nazwano je epidemiami, tj. przychodzącymi do miast jakby zaprószone wiatrem i ogniem. Inne miały naturę lokalną i nazwano je chorobami endemicznymi, współbytującymi z człowiekiem w jakimś miejscu, mieście. Niektóre z tych plag, a zwłaszcza te najgroźniejsze, przychodzić miały na człowieka za sprawą duchów, bóstw, były karą za jakieś winy, nawet przodków. Duchom i bóstwom trzeba było składać ofiary, oczarowywać je śpiewem, modłami. Czasem, a wiedziano to już bardzo dawno, chory człowiek przenosił zarazę na zdrowego. W Księdze Królewskiej Starego Testamentu zapisano: „I zaraził Pan króla, a był trędowatym aż do śmierci swojej i mieszkał w domu osobnym”. Jeszcze w Średniowieczu włóczące się gromady trędowatych musiały o swym zbliżaniu się dawać znać dźwiękiem dzwoneczków i ostrzegawczymi okrzykami.

Choroby, które dziś nazywamy zakaźnymi, przez stulecia nie miały swej nazwy, a jedynie opisywano ich objawy, np. gorączkę, zmiany skórne, wysypkowe, gastryczne, zimnicę itp. Pierwszy wielki lekarz grecki Hipokrates (460–377 p.n.e.), nie odbierając bogom prawa do zadawania chorób, przyczyny ich dopatrywał się również w miazmatach – cuchnących wydzielinach niektórych miejsc, ale także w zaburzeniach równowagi płynów ustrojowych, zwanych humorami, np. żółci, krwi, „flegmy”.

Dopiero na przełomie XV i XVI wieku nowy duch czasów przynosił nadzieję odmiennego widzenia przyczyn chorób zakaźnych już wówczas zwanych pestilencjami (pestis później oznaczało dżumę) lub morbes contagiones. Koncepcję kontagionu – czynnika zakaźnego, wprowadził włoski lekarz Girolamo Fracastoro, nazwany w Polsce Frakastorem. Był humanistą-poetą, kolegą Mikołaja Kopernika z czasów akademickich w Padwie. Jego poemat Syphilis sive Morbus Gallicus opisywał groźną wówczas chorobę francuską (kiłę), wywodząc ją od mitologicznego pasterza Syfilusa. Sławę Frakastorowi przyniosła książka De contagione et contagiosis morbis napisana w 1546. Kontagion, czynnik zakaźny, choć jeszcze nie jakaś istota żywa, ale już rzecz materialna, przenosił choroby zakaźne przez kontakt chorego ze zdrowym, poprzez przedmioty, jak np. ubrania, bieliznę lub też na odległość przez powietrze (stąd pojęcia morowego powietrza, czy w ogóle powietrza jako nosiciela epidemii). Frakastor nie precyzował, co to są te jego seminaria (łac. zawiązki) morbi. Dopiero w roku 1668 kupiec holenderski i szlifierz amator soczewek, zobaczył jako pierwszy człowiek świat istot żywych, ale tak maleńkich, że dopiero znacznie powiększony stawał się widoczny. Komórki roślinne zauważono już wcześniej, ale to co ujrzał kupiec z Delft przekraczało wszelkie granice wyobraźni. Leeuwenhoek, bo takie nazwisko nosił sławny odkrywca – oglądał pod swoimi prostymi mikroskopami (trzymanymi w ręce, pod światło), ale obdarzonymi doskonałymi soczewkami co popadło – wodę spod rynny, ślinę, spermę. A to co widział opisywał w listach do Królewskiej Akademii w Londynie, opatrywał rysunkami, a tylko możnych tego świata zapraszał na demonstracje dziwacznych zwierzątek, kolek, wijących się potworków. W tamtych czasach odkrycie nowego świata nie budziło zainteresowania przyrodników, a spory co do sensu istnienia takich istot wiedli raczej filozofowie i inni humaniści. Dopiero XIX wiek przyniósł odkrycie tajemnicy istoty spod mikroskopu.

Dzięki odkryciom chemika – Ludwika Pasteura (1822–1895) i lekarza – Roberta Kocha (1843 – 1910) ludzkość usłyszała o znaczeniu i roli bakterii. Pasteur obalił teorię samorództwa, wówczas już ograniczoną do mikrobów, drobnoustrojom przypisywał rolę w procesach fermentacji i gnicia. Jego prace nad chorobą jedwabników – pebryną, wywoływaną przez pierwotniaki, uznać należy za początki mikrobiologii chorób zakaźnych. W dalszych swych pracach zajmował się zarazkami wąglika i cholery drobiu.

Przez lata trwał spór pomiędzy Pasteurem i Kochem dotyczący pierwszeństwa niektórych odkryć, między innymi roli laseczki, nazwanej wkrótce Bacillus anthracis, w wywoływaniu wąglika. W roku 1878 Pasteur wraz z Joubertem i Chamberlandem napisali, iż w celu stwierdzenia, że mikroskopijny organizm jest z pewnością sprawcą choroby i kontagionem, należy wyhodować go poza organizmem żywicielskim. Taka hodowla powinna wywoływać symptomy choroby w organizmie zwierzęcym. Należy jednak pamiętać, że doświadczenia swe prowadził Pasteur posługując się hodowlami płynnymi, które, jak sam stwierdził, podczas przechowywania przestawały być sterylne. W tym samym roku

Pasteur, który z pewnością znał prace Listera, twórcy antyseptyki, napisał: „Gdybym miał honor być chirurgiem, będąc przekonany o niebezpieczeństwach, które mogą być spowodowane przez drobnoustroje, występujące wszędzie, a zwłaszcza w szpitalach, nie tylko używałbym instrumentów w stanie wielkiej czystości, ale także po umyciu rąk z najwyższą dokładnością, przeprowadziłbym je gwałtownie przez płomień, i używałbym tylko opatrunków, które zostały ogrzane w temperaturze 130 – 150°C”. W roku 1880 Pasteur zajął się problematyką zjadliwości zarazków wywołujących cholerę drobiu i stwierdził, że modyfikując warunki hodowli można drobnoustrój „osłabić”, zmniejszyć jego zjadliwość. Podobny efekt osłabienia (atenuacji) uzyskiwał Pasteur przez wielokrotne pasaże zarazków na pożywkach laboratoryjnych. Takie osłabione hodowle stosował jako szczepionki zapobiegające rozwojowi choroby pod wpływem drobnoustroju w pełni zjadliwego. W ten sposób uzyskał Pasteur szczepionkę przeciw zarazkowi wąglika, a w roku 1885 ogłosił pomyślne zastosowanie osłabionych zarazków wścieklizny, których wszczepienie człowiekowi pogryzionemu przez wściekłego psa nie dopuszczało do rozwoju choroby. Pasteur, rzecz oczywista, nie znał sprawcy wścieklizny, choć nazwał go wirusem (łac. virus – trucizna), ale wiedział, że nie jest bakterią. Otrzymał jego hodowle przez pasaże w mózgu królika. Po 50 pasażach zjadliwy zarazek, zwany „wirusem ulicznym” (wywoływał wściekliznę u psów), tracił swą zjadliwość i mógł być stosowany jako szczepionka zarówno u zwierząt, jak i u ludzi.

Twórcą bakteryjnej teorii chorób infekcyjnych był Koch. Rozpoczynając pracę nad etiologią wąglika, Koch opierał się na wcześniejszych o kilka lat obserwacjach Davaine’a, który stwierdził obecność pałeczkowatych tworów we krwi i narządach chorych zwierząt. Koch wykazał, że twory te są przetrwalnikującymi laseczkami – i nazwał je Bacillus anthracis. Wywołują one wąglik po wprowadzeniu do organizmu zdrowych zwierząt.

Przełomowe znaczenie w rozwoju bakteriologii miało zastosowanie przez Kocha techniki zestalania podłoży bakteriologicznych za pomocą agaru i otrzymywanie „czystych kultur” bakteryjnych. Koch był twórcą podstawowych reguł diagnostycznych, które później nazwano postulatami Kocha. W roku 1882 ludzkość z ust Kocha dowiedziała się, iż sprawcą gruźlicy jest bakteria. Droga gwałtownego rozwoju bakteriologii została otwarta. Weszli na nią uczniowie i współpracownicy Kocha, stwierdzając bakteryjną etiologię cholery, błonicy, róży, tężca, płatowego zapalenia płuc, zapalenia opon mózgowych, dżumy. W konkurencyjnym ośrodku badawczym w Paryżu, Pasteur i jego uczniowie tworzyli także podwaliny bakteriologii i immunologii. W ten sposób Pasteur i Koch wyprowadzili „zwierzątka” Leeuwenhoeka z linneuszowskiego Chaosu.

Jest rzeczą oczywistą, że wykrycie chorób zakaźnych musiało spowodować zainteresowanie pierwszych „łowców mikrobów” sposobami walki z nimi. Miliony ludzi zginęły w wielkich epidemiach cholery i dżumy, miliony powoli umierały na skutek innych infekcji trapiących człowieka – przede wszystkim gruźlicy. Teraz, gdy sprawcy byli znani, rozpoczęto badania nad niszczeniem zarazków oraz na sposobami niedopuszczania do infekcji. Zastąpienie w praktyce medycznej „ducha epidemii” i morowego powietrza bakteriami, a wkrótce także wirusami – nie przychodziło łatwo. Odkrycia Pasteura i Kocha przyjmowane były przez wielu sceptycznie. Z podobną niechęcią odnoszono się w latach czterdziestych ubiegłego wieku do zaleceń Semmelweissa, by studenci medycyny przychodzący do położnic wprost z prosektorium, myli ręce roztworem sody kaustycznej. Miało to zapobiegać szerzeniu się gorączki połogowej. Jeszcze wtedy wierzono, że sprawcą infekcji miał być genius epidemicus. Semmelweiss, wówczas asystent kliniki położniczej w Wiedniu, zauważył, iż częstość zachorowań położnic wzrastała, gdy na oddziale obecni byli studenci medycyny, którzy chorobę „przynosili” z prosektorium. Po opublikowaniu swoich wyników Semmelweiss musiał opuścić klinikę, zmarł w Budapeszcie, znękany krytyką, a potem obojętnością. Był zbyt słaby, by obalić panujące wówczas poglądy.

W kilkanaście lat później Joseph Lister, chirurg ze Szkocji, opierając się na pracach Pasteura, opisał zastosowaną przez siebie metodę użycia antyseptyków, między innymi sody, kwasu karbolowego i fenolu, do odkażania narzędzi i dezynfekcji pola operacyjnego.

Pasteur, choć nie był lekarzem, zajął się zagadnieniem zapobiegania chorobom zakaźnym. Jak już wcześniej napisano, opracował i zastosował w praktyce metody szczepień zapobiegawczych przeciwko cholerze drobiu, wąglikowi, a nade wszystko przeciw wściekliźnie. Ten wielki sukces pierwszego „łowcy mikrobów” przez niektórych został przyjęty nieprzychylnie, powstało nawet Międzynarodowe Towarzystwo Przeciwników Szczepień. Był to już jednak ostatni opór przeciwników bakteryjnej teorii chorób zakaźnych.

Zachęcony powodzeniem Pasteura, podobną drogą próbował iść Koch. Szukał on specyficznej terapii przeciw zarazkom gruźlicy. W roku 1890 ogłosił wyniki pozytywnych, jak wówczas sądził, zastosowań czynnika, którego pochodzenia i sposobu uzyskania początkowo nie ujawnił, a który miał zwalczać infekcje gruźlicy u ludzi. Ten czynnik Kocha został wkrótce nazwany tuberkuliną. Okazało się jednak, że tuberkulina nie jest lekiem przeciw zarazkom gruźlicy, a przeciwnie, wprowadzona do chorego organizmu powodowała chorobę, a nawet do śmierć. Niewątpliwy błąd Kocha i bezkrytycznych lekarzy, którzy zaczęli stosować tuberkulinę jako lek przeciw gruźlicy, stał się przyczyną licznych zgonów i poważnym ostrzeżeniem przed pochopnym stosowaniem wyników odkryć naukowych.

W nowy wiek ludzkość wchodziła z nowymi nadziejami. Dzięki Kochowi i jego współpracownikom poznano sprawców wielu groźnych chorób zakaźnych, otwarta była droga do odkrycia wirusów. A co równie ważne, nauka i praktyka wskazały kierunek zwalczania zarazków – miała nim być seroterapia i inne rodzaje szczepień, na przykład atenuowanymi zarazkami (jak doradzał Pasteur), lub nawet żywymi. Przyszłość pokazać miała jednak inną jeszcze drogę, w wielu przypadkach skuteczniejszą niż szczepienia. Była to chemioterapia, leczenie substancjami chemicznymi, kontynuatorka sławnej niegdyś jatrochemii (grec. iatros – uzdrowiciel, lekarz).

1.1. Wprowadzenie historyczne

1.1.1. Dawne leki

Sama natura narzucała człowiekowi myśli o różnorodnych lekach, remediach, panaceach i środkach na długie życie, w starożytności zwanych macrobiotica. Nie znając przyczyn chorób, nie zawsze zapewne wierząc w skuteczność zaklęć, czarów i modłów, próbowano przywracać zdrowie tym co najbliżej – okładami lub jedzeniem ziemi, ale nie obojętne skąd pochodzącej (słynna np. była ziemia z wyspy Lemnos). W Polsce takie medykamenty zwano glinkami i stosowano je w przypadkach wrzodów, ukąszeń pająków i wściekłych psów, krwawień wewnętrznych, gruźlicy, a nawet dżumy. Inną skarbnicą leków były rośliny i „preparaty” zwierzęce – krew, suszone narządy, kości. Cudownym panaceum przez wieki miała być driakiew, zwana księciem wszystkich leków, a przede wszystkim uniwersalną odtrutką. W Średniowieczu stosowano driakiew między innymi przeciw zapaleniu stawów, żółtaczce, trądowi, różnym gorączkom, dżumie, syfilisowi. O skuteczności decydowała zapewne wiara, a w pewnym stopniu dodawane do „leku” substancje narkotyczne. W XVI wieku stwierdzono, że ekstrakt z kory chinowca skutecznie zwalcza malarię (obecnie wiemy, że na skutek obecności chininy).

Bliższe problematyce, której poświęcamy tę książkę, były leki pochodzące ze sproszkowanych minerałów, metale – jak złoto, rtęć, ich roztwory, zawiesiny, destylaty – produkty kuchni alchemicznej. Złoto w różnych postaciach, zwane eliksirem życia, głównie za sprawą alchemików, ale także chińskich, greckich i arabskich lekarzy, miało nie tylko odmładzać, ale leczyć dżumę, syfilis. W roku 1880 Robert Koch stwierdził, że złoto hamuje in vitro wzrost zarazków gruźlicy i sugerował możliwość stosowania złota jako leku przeciw tej chorobie. Szerokie zastosowanie w leczeniu kiły znalazła rtęć i jej związki, które choć silnie toksyczne odegrały ważną rolę w zwalczaniu tej choroby. Preparaty antymonowe znalazły gorącego zwolennika w osobie lekarza i alchemika zwanego Paracelsusem (1493–1541). Życie, zdaniem tego lekarza, jest nieustannym procesem odnowy i niszczenia. Antymon, który według niego leczył wszystkie choroby (antimonum omnes morbos tollit), zapobiegać miał procesom rozpadu. Paracelsusa uważa się za twórcę nowoczesnej jatrochemii (leczenia chemikaliami). Preparaty stosowane do leczenia należało tak przekształcać chemicznie, by likwidować ich szkodliwe działanie. Leki oparte na preparatach antymonu zostały ostatecznie odrzucone, jako przynoszące więcej szkody niż pożytku.

1.1.2. Twórca chemioterapii – P. Ehrlich

Paul Ehrlich (1845–1915), współpracownik Kocha, bakteriolog i wybitny immunolog (twórca teorii odporności), na kongresie Berlińskiego Towarzystwa Medycznego w roku 1907 wypowiedział zdanie zawierające jego program badawczy: „Potrzebna nam jest chemotherapia specifica, znaczy to, iż szukamy czynników, które z jednej strony mogłyby zabijać niektóre pasożyty, nie czyniąc – z drugiej strony – zbyt dużej szkody organizmowi”. Celem chemioterapii jest dziś, tak jak wówczas, niszczenie zarazka przez zastosowanie specyficznych substancji chemicznych, które równocześnie jak najmniej szkody przynoszą „gospodarzowi” – człowiekowi lub zwierzęciu.

Rozgłos i wysoką pozycję naukową przyniosły Ehrlichowi prace z zakresu immunologii. W roku 1908 dzięki dokonanym odkryciom i stworzeniu teorii odporności Ehrlich otrzymał Nagrodę Nobla. Rozpoczynając nowy kierunek prac był inspirowany własnymi obserwacjami nad przyżyciowym wiązaniem barwników w komórkach i tkankach. Niektóre z barwników wykazywały specyficzność, wiążąc się z określonymi komórkami. Słynna koncepcja Ehrlicha „magicznych pocisków” powstała, gdy zajmował się działaniem antytoksyn. Dzięki obecności i chemicznemu powinowactwu czynnych grup na cząsteczce antytoksyny, jak pocisk trafia ona w cel (tarczę), wiążąc i unieczynniając toksynę. Było to według Ehrlicha zjawisko w swej istocie podobne do wybiórczego wiązania się barwników z określonymi tkankami. Takimi magicznym pociskami stały się później substancje chemiczne badane w laboratorium Ehrlicha pod kątem ich skuteczności w lecznictwie. W tym przypadku skuteczność działania miałaby się wiązać według Ehrlicha z chemiczną interakcją pomiędzy odpowiednimi receptorami na powierzchni zarazka oraz substancji chemicznej działającej na zarazek. Poszukiwania Ehrlicha szły w kierunku wykrycia takich związków organicznych, które mają równocześnie dwie właściwości – zawierają grupę toksyczną dla zarazka (grupa ta nazwana została przez Ehrlicha farmakoforową lub toksoforową) oraz drugą grupę – haptoforową, odpowiedzialną za „odnalezienie” komórki bakteryjnej lub pierwotniaka. Ta ogólna teoria działania chemioterapeutyków przetrwała do czasu, gdy możliwe stało się szczegółowe badanie mechanizmów ich działania.

Wybór Ehrlicha padł na barwniki. Jeden z nich, wykazujący właściwości neurotropowe, błękit metylenowy, okazał się w pewnym stopniu skuteczny w leczeniu malarii. W laboratorium Ehrlicha syntetyzowano i badano liczne barwniki, wśród nich czerwień trypanowa znalazła praktyczne zastosowanie w lecznictwie trypanosomatozy u koni. Barwnik ten był pierwszym chemioterapeutykiem uzyskanym na drodze syntezy chemicznej. Następnie Ehrlich zajął się badaniem organicznych związków zawierających arsen w cząsteczce. Niektóre z tych związków były już wcześniej podawane ludziom, na przykład atoksyl (rys. 1.1) w przypadkach śpiączki afrykańskiej, jednakże metoda ta została zaniechana ze względu na dużą toksyczność preparatu.

W roku 1909 Ehrlich rozpoczął współpracę z Japończykiem, Sahachiro Hata, który opracował metodę laboratoryjnej infekcji królików krętkiem bladym – Treponema pallidum. Umożliwiło to badanie działania związków arsenu przeciw krętkom kiły. W roku 1910 Ehrlich doniósł o wykryciu skutecznego leku przeciw kile – był nim słynny preparat 606 – salwarsan (rys. 1.1). Ehrlich sam syntetyzował lek i rozprowadzał zgłaszającym się lekarzom. Preparat jest skuteczny, choć podawany domięśniowo często powoduje nekrozę. Ehrlich decyduje się na podanie leku dożylnie. Prowadził dalej badania i w roku 1922 wykrył neosalwarsan – chemioterapeutyk działający skutecznie przeciw krętkom kiły i rozpuszczalny w wodzie.

Rys. 1.1. Chemioterapeutyki arsenowe salwarsan (a) i atoksyl (b)

Dzięki Ehrlichowi ludzkość otrzymała pierwsze „wielkie” chemioterapeutyki, a przed nauką została otwarta nowa droga poszukiwań leków przeciw drobnoustrojom. Marzenia Ehrlicha o stworzeniu therapia sterilisans magna, która pozwalałaby na niszczenie zarazków za pomocą pojedynczych dawek potężnego leku, spełniła się jedynie częściowo. Najbliższe lata przyniosły odkrycie nowych chemioterapeutyków.

1.1.3. Sulfonamidy i początki ery antybiotyków

Barwniki były jedną z grup substancji, które budziły zainteresowanie bakteriologów. W Polsce działanie barwników, obok innych substancji, badał Filip Eisenbergh (dyrektor Państwowej Stacji Bakteriologicznej w Krakowie, w latach 1933–1939). We Francji silny ośrodek badania różnych substancji chemicznych pod kątem ewentualnego zastosowania w chemioterapii powstał w Instytucie Pasteura i był kierowany przez Ernesta Fourneau. Największym odkryciem pochodzącym z tej pracowni było opisane w roku 1935 przez Tréfouëla przeciwbakteryjne działanie sulfanilamidu. Historia sulfonamidów zaczęła się jednak w Niemczech, a autorem jej był Gerhard Domagk (1895–1964). W jego laboratorium prowadzono syntezę barwników badając ich skuteczność przeciw bakteriom chorobotwórczym, zarówno in vivo, jak i in vitro. Jedną z takich substancji, otrzymaną w roku 1932, był prontosil rubrum należący do sulfamidochryzoidyn. Wykazywał on małą toksyczność i silne działanie przeciw infekcji paciorkowcowej u zwierząt, mimo iż w laboratorium związek ten nie tylko nie zabijał bakterii, lecz nawet nie hamował ich wzrostu. Badania te podjął Tréfouël z Instytutu Pasteura. Stwierdził on aktywność substancji powstających ze sprzężenia diazowych pochodnych aminosulfamidu z monoi polifenolami. Wykazał, że w organizmie zarówno prontosil, jak i inne pokrewne związki ulegają rozpadowi z wytworzeniem p-aminobenzenosulfonamidu, który hamuje wzrost bakterii i ma działanie chemioterapeutyczne.

W roku 1939 Domagkowi przyznano Nagrodę Nobla za wykrycie nowej grupy chemioterapeutyków – sulfonamidów. Nagrody jednak, na skutek zakazu Adolfa Hitlera, nie mógł odebrać. Inne wkrótce otrzymane sulfonamidy (rys. 1.2) okazały się skutecznymi chemioterapeutykami. Impet badań nad tą grupą został w pewnym stopniu zahamowany przez odkrycie penicyliny, a wkrótce innych antybiotyków.

Rys. 1.2. Prontosil rubrum i produkt jego przemiany – p-aminobenzenosulfonamid (sulfanilamid)

Zanim doszło do wiekopomnego odkrycia penicyliny, Aleksander Fleming (1881–1955) był już znanym bakteriologiem i odkrywcą lizozymu. Pracował w St. Mary’s Medical School w Londynie. Obecność lizozymu, który działał litycznie na ścianę komórkową wielu bakterii, wykazał Fleming w wydzielinie z nosa, w łzach, a także w białku jaja kurzego. Późniejszy odkrywca penicyliny sądził, iż lizozym może być stosowany miejscowo, jako chemioterapeutyk. Do odkrycia penicyliny doszło przypadkowo, gdy, na długo przetrzymywanej płytce Petriego wokół kolonii pleśni – Penicillium, Fleming zauważył strefę zahamowania wzrostu bakterii gronkowca złocistego – Staphylococcus aureus. Substancję dyfundującą do podłoża nazwał Fleming penicyliną. Odkrywca tego nowego preparatu nie miał jednak możliwości oczyszczenia go – badał jedynie filtraty hodowlane, stwierdzając ich wysoką aktywność. Ostrożnie sugerował też możliwość miejscowego stosowania penicyliny przeciw powierzchniowym infekcjom bakteryjnym.

Sam Fleming z entuzjazmem przyjmował wiadomości o nowej metodzie zwalczania bakterii, tj. chemioterapii, i był jednym z pierwszych, który w swej skromnej praktyce lekarskiej zastosował preparat Ehrlicha – salwarsan – do leczenia syfilityków w Anglii.

W roku 1935 Fleming nie bez zaskoczenia dowiedział się, że oczyszczaniem i dalszym badaniem penicyliny zajęła się grupa badaczy pracujących w Oksfordzie, kierowana przez profesora patologii – Howarda Floreya. Wraz z Ernstem Chainem i innymi współpracownikami otrzymali oni preparat, uzyskując substancję rozpuszczalną w wodzie. Stwierdzono jej wysoką aktywność (raczej bakteriostatyczną niż bakteriobójczą) wobec gronkowców, paciorkowców oraz beztlenowej laseczki Clostridium septicum. W czasie ostatniej wojny światowej powstał wielki program badawczy, obejmujący także problematykę produkcji penicyliny na skalę przemysłową. W programie uczestniczyli uczeni z Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych. Otrzymano penicylinę w formie krystalicznej i określono jej strukturę chemiczną. Stosując metodę mutagenizacji, uzyskano ponad tysiąckrotny wzrost zawartości antybiotyku w płynie hodowlanym Penicillum notatum. Rozpoczęto produkcję penicyliny krystalicznej na skalę przemysłową. Po raz pierwszy podano pacjentowi penicylinę w przypadku ostrej posocznicy w roku 1941. W roku 1945 Fleming, Florey i Chain za wykrycie i wprowadzenie penicyliny do terapii otrzymali Nagrodę Nobla.

Jakkolwiek pierwszy „wielki” antybiotyk odkrył Fleming, a era stosowania w lecznictwie i badaniach antybiotyków zaczęła się z roku 1951, myśl o praktycznym wykorzystaniu zjawiska antybiozy pojawiła się znacznie wcześniej. W roku 1877 Pasteur i Joubert rozważali możliwość stosowania mikrobów w lecznictwie jako czynnika zwalczającego inne chorobotwórcze zarazki. Oparli się przy tym na obserwacji, iż laseczka wąglika dobrze rośnie w sterylnym moczu, lecz ginie, gdy do moczu wprowadzono bakterie izolowane z powietrza. W doświadczeniach prowadzonych na zwierzętach Pasteur i Joubert stwierdzili, że równoczesne szczepienia zwierząt laseczką wąglika i innymi niechorobotwórczymi bakteriami osłabia objawy choroby. W roku 1885 Cantani podjął próbę leczenia gruźlicy płuc rozpylając do tchawicy zawiesinę bakterii Bacterium terumo. W roku 1899 ukazała się praca donosząca o obecności w starej hodowli Pseudomonas substancji zwanej piocyjanazą, która wykazywała działanie przeciwbakteryjne. Próbowano ją stosować w leczeniu błonicy.

W roku 1924 Gratia i Dath stwierdzili obecność czynnika bakteriolitycznego pochodzącego z promieniowców, zaliczanych wówczas do rodzaju Streptothrix. Preparat ten, nazywany początkowo „mykolizatem ze Streptothrix”, w roku 1937 został nazwany aktynomycetyną. Był to w rzeczywistości sterylny filtrat hodowli. Wykazywał on działanie terapeutyczne, szczególnie w przypadku infekcji paciorkowcowych. Wszystkie te badania i obserwacje znalazły się wkrótce w cieniu, gdy wykryto i zastosowano w lecznictwie penicylinę. Do wielkiego, choć przypadkowego odkrycia dokonanego przez Fleminga można zastosować słynne powiedzenie Pasteura, iż „przypadek sprzyja umysłom przygotowanym”.

Drugi nurt badań, a wkrótce także wielkich odkryć, był związany z bakteriologią gleby. Na Wydziale Rolniczym Uniwersytetu Rutgers (USA), jeszcze jako student, imigrant z Rosji, Selman Waksman zajął się mało znaną grupą bakterii glebowych, zwanych wówczas Actinomycetes. Później Waksman pracował nad bakteriami siarkowymi, między innymi wykrywając Thiobacillus thiooxidans. Gdy jeden z uczniów Waksmana, René Dubos wykrył w roku 1939 substancję toksyczną dla bakterii, wytwarzaną przez bakterię glebową Bacillus brevis – tyrotrycynę (była to mieszanina polipeptydów – gramicydyny i tyrocydyny), Waksman zmienił swe zainteresowania badawcze. Rozpoczął systematyczne poszukiwanie „producentów” podobnych substancji wśród bakterii glebowych. Jeszcze wtedy termin antybiotyk nie był w użyciu – stworzył go właśnie Waksman. W związku z odkryciami w Rutgers University zaczęto mówić o antybiotykach Waksmana. Były to: w roku 1940 aktynomycyna, w roku 1944 streptomycyna, w roku 1949 neomycyna. Za odkrycie streptomycyny Waksman otrzymał w roku 1952 Nagrodę Nobla.

Odkrycia antybiotyków następowały teraz lawinowo. W roku 1947 wykryto chloromycetynę, pierwszy antybiotyk o szerokim spektrum działania, a w rok później Benjamin Duggar opisuje pierwszy antybiotyk z grupy tetracyklin, które do dziś mają najszersze spektrum działania obejmujące większość bakterii gramdodatnich i gramujemnych, łącznie z riketsjami i chlamydiami oraz rodzajem Brucella. Rozpoczyna się nowy etap – poszukiwania drobnoustrojów wytwarzających substancje antybiotyczne prowadzi się już nie w laboratorium uczelni, lecz w pracowniach firm farmaceutycznych, które dysponują olbrzymimi środkami finansowymi i zatrudniają kadrę specjalistów z różnych dziedzin. W ten sposób rodzi się przemysł biotechnologiczny. Pojawiają się nowe i coraz nowsze antybiotyki, zarówno w swej wyjściowej postaci wytwarzane przez drobnoustroje, jak również tak zwane półsyntetyczne (produkt naturalny przekształcany lub modyfikowany chemicznie przez człowieka) i w pełni syntetyczne, nie mające swych odpowiedników w przyrodzie (tab. 1.1). O niektórych lekach przeciwbakteryjnych z tej ostatniej grupy znajdzie Czytelnik informacje w rozdziale poświęconym podstawowym klasom antybiotyków.

Tabela 1.1. Kamienie milowe w rozwoju chemioterapii

----------- -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1888–1889 Odkrycie pierwszego naturalnego antybiotyku. FREUDENREICH stwierdza obecność substancji przeciwbakteryjnej w hodowli _Pseudomonas aeruginosa_ (wówczas _Bacillus pyocyaneus_). EMMERICH i LOW nazywaj1 tę substancję piocyjaniną.
1910–1912 EHRLICH odkrywa pierwszy chemioterapeutyk (salwarsan), który zostaje zastosowany do leczenia kiły. Wprowadza on do słownictwa termin „chemioterapia”.
1924 GRATIA i DATH stwierdzają bakteriobójcze działanie przesączu hodowli _Streptothrix_ (aktynomycyna).
1929 FLEMING wykrywa penicylinę.
1935 DOMAGK ogłasza syntezę prontosilu, pierwszego przeciwbakteryjnego leku o szerokim zastosowaniu terapeutycznym.
1939–1940 DUBOS oznajmia o odkryciu gramicydyny.
1940 FLOREY i CHAIN wykazują skuteczność penicyliny w leczeniu schorzeń u zwierząt. Ze względu na działania wojenne, szybko zostaje ona wprowadzona do użytku na froncie.
1943 WAKSMAN odkrywa streptomycynę i jako pierwszy stosuje określenie „antybiotyk”.
1947 BURKHOLDER wykrywa chloramfenikol (wtedy zwany chloromycetyn1).
1948 DUGGAR odkrywa pierwszy antybiotyk o szerokim spektrum aktywności – tetracyklinę.
1956 Wykrycie wankomycyny.
1961 MASON wykrywa linkomycynę (linkozamid), antybiotyk ten zostaje wprowadzony do lecznictwa 6 lat później.
2000 Wprowadzenie do użytku linezolidu (Zyvox), pierwszego od 35 lat przedstawiciela zupełnie nowej grupy antybiotyków.
----------- -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------