Trong nhiều thế kỷ trước, con người đã biết cách dùng nấm để trị các chứng viêm. Tại Anh, vào giữa thế kỷ XVII, John Parkinson, một vị thầy thuốc hoàng gia đã biết cách chữa trị các vết thương bằng cách dùng rêu áp lên để vết thương chóng khỏi. Đến cuối thế kỷ XIX, ở nhiều vùng tại Anh, các mảnh bánh mỳ mốc được dùng để chữa vết thương nhưng đây chỉ là những chuyện xảy ra trước khi bác sĩ Alexander Flemming phát hiện ra penicillin.
Sự phát hiện tình cờ ra Penicillin
Năm 1928, Flemming là nhà vi khuẩn học làm việc tại Bệnh viện Saint Mary ở London. Trong khi kiểm tra các đĩa nuôi cấy chứa vi khuẩn, ông phát hiện hiện tượng khác thường: nấm xuất hiện trên đĩa và phát triển thành các tảng nấm; xung quanh tảng nấm, những mảng vi khuẩn đã bị phá hủy. Ông kết luận rằng, nấm này đã tạo 1 chất giết chết các vi khuẩn. Chất này giống enzym là lysozym mà ông đã phát hiện ra vài năm trước. Chất này có thể giết vi khuẩn gây bệnh tên Staphylococcus. Tuy nhiên, khi thử trên những loại nấm khác vẫn tiếp tục phát triển, do vậy Flemming chỉ dùng dung dịch với mục đích chính là chẩn đoán bệnh.
Penicillin được Alexander Flemming phát hiện ra một cách rất tình cờ.
Loại nấm mọc giống như dạng các bụi cây này sau được đặt tên khoa học là penicillium notatum, còn chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn được đặt là pennicillin. Ban đầu, penicillin được dùng chữa các vết thương bề mặt, nó chỉ mang lại thành công nhất định vì trong penicillin thô có rất ít các hoạt chất. Flemming đã cố gắng tách penicillin nguyên chất nhưng không thành công. Do vậy, mối quan tâm về penicillin của ông cũng giảm đi.
10 năm sau, ở Oxford, dưới sự chỉ đạo của Howara Walter Florey - nhà giải phẫu bệnh học người Australia và Ernst Boris Chain đã nghiên cứu các đặc điểm hóa sinh của lysozym, loại enzym tiêu diệt các vi khuẩn mà Flemming phát hiện ra.
Sau khi công trình nghiên cứu về lysozym hoàn thành, Florey và Chain bắt đầu đi tìm đề tài nghiên cứu mới và hai ông chú ý đến penicillin, công trình gần như bị lãng quên của Flemming.Vào năm 1938, Chain và Florey đều bị cuốn hút bởi penicillin, về khả năng nó có thể mang lại cho loài người và họ ý thức rõ ý nghĩa cũng như tầm quan trọng của chất kháng khuẩn này.
Chain thiết lập môi trường nuôi cấy và thực hiện việc tách penicillin từ những mẫu nấm của Flemming, còn Florey tập trung vào thí nghiệm thử penicillin trên động vật.
Ngày 25/5/1940, các nhà khoa học thử nghiệm thuốc trên chuột. Cuộc thí nghiệm rất thành công. Tuy nhiên, trước khi thử nghiệm trên người, các nhà khoa học phải tạo được penicillin nguyên chất. Đây là vấn đề then chốt. Công việc này giao cho Edward Abraham đảm nhiệm.
Edward Abraham nghiên cứu tìm ra được kỹ thuật tách sau này gọi là sắc ký hấp phụ (adsorption chromatography). Dung dịch nuôi cấy nấm có chứa penicillin được đưa qua các ống chứa đầy các chất hấp phụ; chúng sẽ tách penicillin khỏi các tạp chất.
Phòng thí nghiệm của Florey nhanh chóng chuyển thành một nhà máy nhỏ, các ống nghiệm chứa đầy penicillin được theo dõi tỉ mỉ. Tuy nhiên, sản lượng của nhà máy vẫn còn thấp, 500 lít chất lỏng nuôi cấy chỉ sản xuất ra lượng penicillin đủ chữa cho 4 hoặc 5 người.
Sau đó, công trình được chuyển sang Mỹ, lúc này, mục đích của các nhà khoa học là chế tạo penicillin trên quy mô công nghiệp. Nhiều kỹ thuật như dùng tia cực tím, tia X và các chất hóa học tác động đến cấu trúc di truyền của nấm đều được sử dụng nhằm tạo ra chủng penicillin với sản lượng cao. Năm 1943, dự án chế tạo penicillin đứng thứ nhì trong danh sách các công trình ưu tiên sau dự án Mahattan chế tạo bom nguyên tử. Năm 1944, một ca chữa trị bằng penicillin tốn 200 đô-la, tuy nhiên, giá này nhanh chóng giảm xuống, rẻ hơn cả giá đóng gói sản phẩm. Năm 1945, Flemming, Chain và Florey được trao tặng giải thưởng Nobel y học.
Penicillin - Vũ khí chống nhiễm khuẩn
Tác dụng của penicillin khiến nó trở thành một loại thuốc đặt biệt. Nó có tác dụng ngăn cản các vi khuẩn gây bệnh tổng hợp lớp vỏ tế bào bảo vệ chúng. Khi vi khuẩn sinh sản tức khi hiện tượng phân chia tế bào diễn ra, vi khuẩn phải tự tạo lớp vỏ tế bào bảo vệ chúng chống lại các tác nhân xâm phạm từ môi trường bên ngoài. Penicillin có tác dụng làm suy yếu lớp vỏ tế bào vi khuẩn này; do không còn lớp vỏ bảo vệ vững chắc, tế bào vi khuẩn sẽ bị hủy hoại và vi khuẩn sẽ chết đi.
Penicillin tiêu diệt vi khuẩn mà không gây hại cho tế bào cơ thể. Thế nhưng ngày càng có nhiều họ vi khuẩn kháng được penicillin, vũ khí của chúng là penicillinase, một enzym có khả năng phá hủy cấu trúc hóa học của penicillin, làm cho penicillin không còn tác dụng.
Con người đã phát hiện pencillin trong cuộc đấu tranh chống lại vi khuẩn gây bệnh nhưng theo luật tiến hóa, chúng cũng có vũ khí chống lại. Penicillin chỉ là một trong số những kháng sinh có sẵn trong thiên nhiên có khả năng giết chết vi khuẩn. Sau penicillin, nhiều kháng sinh khác đã được tìm ra.
Năm 1934, Selman Waksman và Albert Schatz tìm ra được một loại kháng sinh khác, đó là Streptomycin, đây cũng được trích từ một loại nấm có trong đất. Streptomycin được dùng để chống bệnh lao và chính Waksman là người tìm ra Streptomycin và cũng là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ kháng sinh.
Sự phát hiện ra penicillin đóng vai trò tiên phong cho hàng loạt công trình truy tìm các loại kháng sinh khác và nhờ sự ra đời của nhiều loại kháng sinh mà từ thập kỷ 1940, tuổi thọ trung bình ở phương Tây tăng từ 54 lên 75 tuổi.
Ngày nay, con người đã biết được khoảng 6.000 loại kháng sinh khác nhau nhưng phần lớn chúng là loại có độc tính cao, khó ứng dụng về mặt y học nên hiện chỉ có khoảng 100 loại được sử dụng rộng rãi trong y khoa. Để tìm ra chúng, các nhà khoa học đã phải nghiên cứu các mẫu đất từ các nơi trên thế giới để tìm kiếm những vi sinh vật có khả năng tiêu diệt vi khuẩn. Họ đã bỏ công sức để mang lại cho chúng ta nhiều loại kháng sinh có ích.
Ngoài công việc tìm kiếm kháng sinh trong tự nhiên, các nhà khoa học vẫn tìm kiếm bằng cách tổng hợp các hợp chất nhân tạo và bán nhân tạo có khả năng chống lại các dòng vi khuẩn mới có sức đề kháng mạnh hơn. Ngày nay, hơn 50 năm kể từ khi được thử nghiệm lâm sàng, penicillin vẫn là loại kháng sinh quan trọng trong đời sống con người.
Ở nước ta, sự xuất hiện các nhà thuốc Tây đã có trước khi có sự phát triển thuốc kháng sinh nên sự có mặt của penicillin khá sớm góp phần vào việc điều trị các bệnh nhiễm khuẩn. Năm 1950, trong kháng chiến chống Pháp, GS. Đặng Văn Ngữ đã nuôi cấy nấm penicillin và dùng dung dịch nuôi cấy để chữa vết thương cho thương binh. Hiện nay, Việt Nam đã có nhiều dự án lớn đầu tư sản xuất nguyên liệu kháng sinh để đáp ứng nhu cầu điều trị.
Hai penicillin thuộc loại cổ điển là penicillin G dùng để tiêm và penicillin V dùng để uống hiện nay vẫn được sử dụng. Bên cạnh các penicillin cổ điển, có rất nhiều kháng sinh thuộc loại hậu duệ và rất mới từ penicillin đầu đàn được tạo ra đang có mặt ở nước ta. Chính các penicillin rất mới này đang góp phần đẩy lùi các bệnh nhiễm khuẩn và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nhiều cuộc giải phẫu sẽ không thực hiện được nếu không có kháng sinh nói chung, trong đó có các penicillin được đem sử dụng.