Откритие на антибиотика тетрациклин в средата на ХХ век

От 1954г.

В началото на 40-те години на ХХ век се наблюдава прогрес, който се отразява на разработването на антибиотиците. Пример за този процес илюстрира работата и методите на микробиолога Рене Дюбо, както и химичното разнообразие от вещества (извлечени от почвените бактерии актиномицети), постигано във времето от Селман Уаксман и неговите колеги. Става очевидно, че микробите и жизнената им дейност са предпоставка за създаването на натурални продукти и антибиотични съединения, способни да се борят с микробните заболявания.

Медицинският и финансов потенциал на тези вещества повлиява на работата в много фармацевтични компании в САЩ. Оказва се, че естествените бактериални продукти и антибиотичните съединения са способни да се борят с тежки бактериални заболявания. Медицинският и финансов потенциал от работата с тях пък са факторите, поблазнили много фармацевтични компании да започнат работа в тази насока.

"American Cyanamid" ("Америкън Цианамид") е сред тях. Тя е една от първите, съсредоточили усилията си в изследвания за разработка на нови антибиотици. Първата стъпка в тази посока е построяването на нови лаборатории в "Pearl River, NJ", които са под ръководството на генералния мениджър Уилбър Малкълм и ръководителя на изследователската дейност - Йелапрагада Субаро. Те стартират начинанието с нелеко предизвикателство - да създадат антибиотик, който да може отлично да си съперничи по свойства със стрептомицина на Уаксман.

Събраните проби са подложени на щателни изследвания. Направени са посевки, а колониите от микроорганизми се тестват. Търси се дали те проявяват антибиотична активност срещу тестови проби с Грам-положителни и Грам-отрицателни бактерии. Действително, много от почвените организми произвеждат търсените антибиотични вещества. Лошото е, че повечето от тях са токсични и за хората, и за бактериите, имат нежелани свойства - или и трите фактора. Екипът се сблъсква с много подобни примери.

Въпреки тези проблеми, вниманието на екипа е привлечено от неизследвана дотогава проба. Отбелязана е с номер A-377. Тя е изпратена от Уилям Албрехт от "тестов район 23" (той е част от полето "Санборн", което е собственост на университета в Мисури).

От пробата е получена необичайна бактериална колония с жълт цвят, която има свойството да потиска растежа на всички бактериални щамове (и Грам-положителни, и Грам-отрицателни). Антибактериалните й свойства са забележителни – растежът на цели зони с бактерии от агарните проби е потиснат. До този момент нито един от тестовете с други антибиотични вещества не показва такива забележителни резултати.

По-нататъшната работа пък установява, че дори необработените екстракти, добити от колонията, проявяват забележителна антибактериална активност срещу микроорганизмите, причиняващи болестта тиф, както и други патогени, наречени рикетсии. Скоро ентусиазмът около работата със субстанцията и нейното смъртоносно действие срещу патогените й спечелва името "широкоспектърен антибиотик". Така антибактериалното вещество става едно от първите в медицинската история, спечелило си това прозвище.

По-късно Дъгар официално наименува съединението "Ауреомицин" (заради неговия жълт цвят, придаден от бактериален щам златисти стрептомицети, от които е извлечено). Изследванията на „ултра-пресените” продължават - на тест е подложена тяхната медицинска микробиология, таксономия и физиология. Тези микроорганизми получават името "Streptomyces aureofaciens", а резултатите от тестовете са публикувани през 1948 г. в списание "Annals of the New York Academy of Sciences". Всички тези фактори довеждат до появата на ауреомицина (Aureomycin) – новият мощен широкоспектърен антибактериален агент, който е безопасен и ефективен (въпреки че точната му химическа структура все още не е изяснена от изследователите).

Усилията на "Cyanamid" се разширяват още – подразделението на компанията "R.D. McCormick"(занимава се с изследванията и развитието на компанията) се заема с производството на антибиотичното съединение, използвайки усъвършенствани ферментационни методи. Скоро дружеството е способно да произвежда ауреомицин в търговски количества.

До 1 декември 1948 година лекарството е одобрено за клинична употреба и от Американската администрация по храните и лекарствата ("FDA"). Употребата на медикамента постига незабавен успех - излекувани са много пациенти, заболели от широк спектър от инфекциозни заболявания. Освен финансовите ползи, компанията се радва на нарасналата си известност. Изглежда, че изказването на Уилям Бел (директорът на фармацевтичната компания) от 1938 г., поставило началото антибиотичните изследвания на "Цианамид", дава отлични резултати и оправдава очакванията му.

Създаден е и още един антибиотик – Терамицин

Конкуренцията обаче също не е спряла. За кратко време известни реномирани фармацевтични компании обявяват откритията техните нови антибиотици, а до 1950 г. Александър Финли и колегите му  от "Charles Pfizer Co.,Inc" и "Groton, CT" събират хиляди почвени проби от целия свят.

Изолирана е почвената бактерия - Streptomyces rimosus. Организмът произвежда съединение, подобно по цвят на ауреомицина, но то е малко по-водоразтворимо и проявява по-добра биоактивност. Тези способности му предоставят и търговско, и медицинско предимство пред действието на ауреомицина в лечението на инфекциозни заболявания.  Новото съединение е наречено Терамицин "Terramycin" (от латинската дума terra - земя и географската област, от която е взета бактериалната проба – "Terre Haute", Индиана).

Антибиотикът също е одобрен от FDA през 1950 г., конкурирайки се директно с ауреомицина за постигането на успех в лечението на широк спектър от инфекциозни заболявания.

Изясняване на структурата на антибиотиците – новото предизвикателство пред учените

Химичните структури и на Ауреомицин, и на Терамицин не са изяснени от учените в двете компании, въпреки че те си съдействат, за да се определят и изяснят общите структурни особености. Трябва и да се установи какво определя разликата в молекулна идентичност на двата антибиотика.

В този период от ХХ век химичната характеристика на антибиотичните съединения се ограничава до извършването на изследвания с методите на ултравиолетовата спектроскопия ("ultraviolet-visible spectroscopy", известна и като "UV-Vis" спактроскопия) и инфрачервена спектроскопия, а дефинирането на структурните сходства в дадени съединения изисква направата на тестове, които само няколко лаборатории по света, могат да извършат.

Учените от фармацевтичната компания "Pfizer", водени от Карл Брюнингс, си съдействат с харвардския химик Робърт Удуард в предизвикателството с проучването на химическата структура на двете съединения. До 1952 успяват да разберат каква е химическата структура на ауреомицина и терамицина (и двете съединения съдържат тетрациклиново ядро, изградено от 4 бензолни пръстена с подобни функционални групи с малки структурни разлики). Основните структурни особености на молекулите са публикувани от групата "Pfizer -Woodward" през 1954 г. в доклад, озаглавен "Структура на ауреомицина". С него е поставено и началото на първото полусинтетично производно в новото антибиотично семейство на тетрациклините.

В тази научна ера се смята, че химичните промени в структурата на антибиотиците намаляват тяхната активност. Но ученият от "Pfizer" Лойд Коновър е на друго мнение – твърдят, че определени структури от молекулата могат да се отстранят или променят, за да се получи нов, по-активен аналог с подобрени фармакологични и антибиотични характеристики.

Така, чрез каталитично хидрогениране на ауреомицин, те получават съединение с по-висока ефикасност, по-добра разтворимост и благоприятна фармакологична активност. То е наречено тетрациклин. Веществото е одобрено за клинична употреба от FDA през 1954 г. Тетрациклинът е първото ново лекарство, получено чрез химични промени на природен продукт. Нещо повече, с тези усилия е създаден един от първите търговски полусинтетични антибиотици, използвани в медицината.

В обобщение - към средата на 50-те години на миналия век с клинична цел се използват три вида тетрациклини, техните сложни химически структури са описани, а химичните им наименования са дадени по реда на тяхното откритие - хлортетрациклин (ауреомицин), окситетрациклин (терамицин) и тетрациклин. По-важното е, че употребата на тези съединения спасява десетки хиляди човешки животи и генерира огромни приходи и за двете компании годишно. Признание получава и групата "Pfizer-Woodward" (и Лойд Коновър) за изясняването на структурата на най-проучваната молекула в антибиотичното семейство - тетрациклиновата.

По статията работи: Виктория Милова

Статията е част от историята на:

• История на тетрациклиновите антибиотици