Из рассказа о пенициллине становится довольно понятным, какую работу должны проделать специалисты-биотехнологи, чтобы осуществилась вся «цепочка» от научного открытия до биотехнологического продукта. Получение пенициллина стало очень важным этапом в становлении современной биопромышленности. В 1945 г. главные участники создания пенициллина Флеминг, Флори и Чейн получили за свою работу Нобелевскую премию.
В 1945 г., производство пенициллина достигло уже полтонны. Тем не менее оставалось неясным, почему, собственно, пенициллин оказывает смертоносное воздействие на определённых микробов. В настоящее время полагают, что пенициллин «по ошибке» поглощается вместе с питательными веществами растущими бактериями. После каждого деления бактериальные клетки должны строить новые клеточные стенки. Однако пенициллин мешает «построению стенок». В результате нарушающего действия пенициллина в клеточных стенках образуются «негерметичные участки», что является катастрофой для бактерий: дефектные стенки не в состоянии выдержать внутреннее давление клеток, они лопаются. Таким образом, пенициллин подавляет только стадию размножения, но не убивает взрослых бактерий! Именно поэтому в случае заболевания недостаточно применять пенициллин только один раз. Пенициллин поражает бактерию лишь в тот момент, когда она делится. Поэтому для надёжности необходимо давать пенициллин в течение нескольких дней. Очень опасно, вопреки предписанию врача, самовольно прерывать лечение пенициллином, как только самочувствие несколько улучшится! В этом случае выжившие бактерии быстренько «поправляются», размножаются и пациент заболевает повторно[14].
Но и бактерии «обороняются» от пенициллина. Они вырабатывают в своих клетках особые ферменты, которые инактивируют проникающий в них пенициллин. Эти ферменты названы своим первооткрывателем Эрнестом Борисом Чейном пенициллиназами. Содержащие эти ферменты бактерии невосприимчивы (резистентны) к действию пенициллина. Для подавления бактерий, способных образовывать пенициллиназы, требуется применять более высокие дозы пенициллина. Тогда пенициллиназы «не справляются» с достаточно быстрым «раскалыванием» смертоносного пенициллина. Но это всего лишь вопрос времени, пока новые бактериальные штаммы не приспособятся к повышенным количествам пенициллина и не начнут вырабатывать ещё более активные пенициллиназы для своей защиты.
И всё-таки микробов удалось «перехитрить». Пенициллин, выработанный плесневыми грибами, незначительно видоизменяют при помощи специальных ферментов, так что хотя он по-прежнему подавляет бактерии, однако уже не «распознается» их пенициллиназами и поэтому не разрушается ими. Таким образом, идёт постоянное «состязание» с микробами, причём для эффективной борьбы человек должен быть всегда «на корпус» впереди. Одновременно происходит интенсивный поиск новых средств против возбудителей болезней.
Когда пенициллин начал своё победное шествие, то поначалу думали, что найдено средство против всех бактерий на свете. Но вскоре выяснилось, что некоторые бактерии имеют клеточные стенки, построенные совсем иначе. Для них пенициллин ничего не значит! К сожалению, к таким бактериям относится и возбудитель туберкулёза — микобактерия. Однако уже в 1941 г. и эта «брешь» была закрыта американским микробиологом Зельманом Ваксманом (1883—1973). Он выделил из почвы микроорганизмы стрептомицеты. Кстати, именно они обусловливают запах, который исходит от земли. Эти стрептомицеты продуцируют биологически активное вещество, которое Ваксман назвал стрептомицином. Кроме того, он же предложил называть антибиотиками все вещества, образуемые микроорганизмами и способные подавить, повредить или убить других микробов (antibioticum — против жизни). Стрептомицин является антибиотиком, чрезвычайно активным против возбудителя туберкулёза. За свою работу Ваксман получил в 1952 г. Нобелевскую премию.
Со времени открытия Флеминга было выявлено около 5000 различных антибиотиков, но в медицине применяется лишь 100 из них. Итак, на дешёвых питательных смесях «трудятся» микроорганизмы, в результате образуются антибиотики; мировое производство этих веществ оценивается стоимостью 4 миллиарда долларов. Таковы первые многообещающие «результаты приручения» микробов человеком.