اكتشاف البنسلين

يُعدّ البنسلين واحداً من أوائل المضادات الحيوية التي عرفها الطب، ولا يزال حتى اليوم من أكثرها استعمالاً وانتشاراً في الممارسة السريرية. وهو مركّب يُستخلص من فطر البنسيليوم، وقد شكّل ظهوره نقطة تحوّل فارقة في تاريخ الطب الحديث.¹

ويُصنَّف البنسلين بوصفه مضاداً حيوياً من عائلة بيتا لاكتام، وهي عائلة كيميائية تجمع مركّبات تشترك في بنيتها الأساسية. وقد كان البنسلين أوّل مضاد حيوي طبيعي يُدخل إلى حقل الطب، بما يمثّله ذلك من سابقة لم تكن معهودة قبله.¹

والمضادات الحيوية، في تعريفها العام، أدوية تُستخدم للوقاية من العدوى البكتيرية وعلاجها، أي أنها موجَّهة أساساً ضد الكائنات البكتيرية دون غيرها من الكائنات المسبّبة للأمراض.² يُستخدم البنسلين لعلاج العدوى البكتيرية، وليس العدوى الفيروسية مثل الزكام، إذ لا يفيد في مواجهة الفيروسات.¹

ويُعتبر اكتشاف البنسلين أحد أعظم الإنجازات الطبية في القرن العشرين، لما أحدثه من تحوّل في قدرة الطب على مواجهة الأمراض المعدية. وقد شكّل هذا الاكتشاف بداية عصر المضادات الحيوية، أي الحقبة التي صارت فيها الأمراض البكتيرية قابلة للعلاج بفعالية.³

ألكسندر فلمنج عالم بكتيريا اسكتلندي، اكتشف البنسلين في عام 1928، ويُعدّ اسمه مرتبطاً ارتباطاً وثيقاً بهذا الاكتشاف الذي غيّر مسار الطب.⁴ وقد كان هذا الاكتشاف في جوهره حدثاً عرضياً، إذ لم يكن نتيجة بحث مبرمج سلفاً، بل جاء نتيجة ملاحظة غير متوقعة في المختبر.⁵

وفي عام 1928، لاحظ فلمنج أن فطراً يُدعى البنسيليوم نوتاتوم قد لوّث إحدى أطباق بتري التي كان يستعملها في أبحاثه، وأن هذا الفطر كان يمنع نمو البكتيريا في المنطقة المحيطة به.¹ ولم يقتصر الأمر على توقّف النمو، بل لوحظ أن البكتيريا حول العفن كانت تتحلل، وهو ما أشار إلى وجود عامل فعّال يفتك بها.⁶

وقد أُطلق على العامل الفعّال الذي تفرزه هذه الكائنات اسم البنسلين، وهو الاسم الذي صار بعد ذلك علماً على أحد أشهر المركّبات الطبية في التاريخ.⁶ وكان فلمنج قد نشر نتائجه حول البنسلين في عام 1929، أي في السنة التالية مباشرة لاكتشافه في المختبر.⁵

ومع أن فلمنج لم يكن أول من لاحظ الخصائص المضادة للبكتيريا لفطر البنسيليوم، فقد كان أول من درس هذه الخصائص دراسة شاملة ومنهجية، وهو ما ميَّز عمله عن غيره من الملاحظات السابقة.⁵ على أن اكتشافه لقي في بدايته شكوكاً، ولم يُنظر إليه فوراً بوصفه حلاً علاجياً قابلاً للتطبيق الواسع.⁵

وُلد ألكسندر فلمنج في اسكتلندا في عام 1881، ونشأ في بيئة أسكتلندية قبل أن ينتقل إلى مسار علمي جعله من أبرز أعلام علم الجراثيم في القرن العشرين.⁴ وقد كانت بداياته المهنية قريبة من الميدان الطبي العملي والتجارب المتصلة بالجسد البشري والأمراض.⁴

وخلال الحرب العالمية الأولى، خدم فلمنج قائداً في فيلق الجيش الملكي الطبي، وهي تجربة ميدانية أتاحت له الاحتكاك المباشر بالجراحات والعدوى التي كانت تصيب الجرحى في تلك الفترة.⁴ وقد انعكست هذه الخلفية لاحقاً في اهتمامه بالعوامل المضادة للبكتيريا.⁴

وإلى جانب عمله المختبري، كان فلمنج شاهداً على حالات عدوى شديدة عجزت المعالجات المتاحة آنذاك عن كبحها، وهو ما أضاف إلى ملاحظته المختبرية دلالة عملية واضحة.⁴ ولم تكن ملاحظاته مجرد فضول علمي معزول، بل جزءاً من سياق طبي أوسع كان في حاجة إلى أدوات جديدة.⁴

وقد حصل فلمنج على لقب فارس في عام 1944، أي قبل سنة من تتويج جهوده بجائزة نوبل، التي حصل عليها في عام 1945 تكريماً لأعماله في مجال البنسلين.⁴

ومن الخصائص التي رصدها فلمنج في البنسلين أنه غير سام للأنسجة الحيوانية، وهي صفة بالغة الأهمية جعلت استخدامه ممكناً دون أن يلحق بالأنسجة ضرراً مماثلاً لما يلحق بالبكتيريا.⁶ ويُعزز هذا الوصف ما توصلت إليه الأعمال اللاحقة من أن البنسلين وُجد غير سام للخلايا البشرية.⁷

وقد لاحظ فلمنج أن البنسلين كان أكثر فعالية من السلفوناميدات في بعض الحالات، أي أنه لم يكن مكمّلاً فقط للمعالجات القائمة، بل تجاوزها في مواضع معينة.⁶ وللبنسلين تأثير قاتل للبكتيريا، أي أنه لا يكتفي بكبح نموها بل يفتك بها.⁶

ويعمل البنسلين عن طريق التداخل مع تكوين جدار الخلية البكتيرية، أي أنه يستهدف بنية حيوية لا غنى للبكتيريا عنها.¹ وذلك التداخل يفسّر التأثير القاتل للبكتيريا الذي أشار إليه فلمنج.⁶

والبنسلين فعّال ضد مجموعة واسعة من البكتيريا، وهو ما يجعله مؤثراً في طائفة متنوعة من الحالات.⁷

هوارد فلوري عالم أمراض أسترالي، وُلد في أستراليا في عام 1898، وهو من الشخصيات التي نقلت البنسلين من ملاحظة مختبرية إلى علاج فعلي قابل للاستخدام.⁸ وقد قام، بالتعاون مع إرنست تشين، بتنقية البنسلين وإثبات قيمته العلاجية.⁸

أما إرنست تشين فهو عالم كيمياء حيوية بريطاني المولد، وُلد في ألمانيا في عام 1906، وقد تعاون مع هوارد فلوري في تنقية البنسلين.⁹ وقد عمل تشين في جامعة أكسفورد مع فلوري، حيث تكامل جهدهما في هذا المشروع.⁹

وكان فلوري أستاذاً لعلم الأمراض في جامعة أكسفورد، وهي المؤسسة التي احتضنت جانباً كبيراً من العمل على تنقية البنسلين واختباره.⁸ كما أصبح تشين مواطناً بريطانياً في عام 1939، أي في الفترة التي سبقت تتويج أعماله العلمية.⁹

وقد أظهر العمل المشترك لفلوري وتشين أن البنسلين فعال في علاج العدوى التجريبية في الفئران، وهي خطوة جوهرية سبقت الانتقال إلى التجربة السريرية على البشر.⁷ ولم يقتصر هذا العمل على المختبر، إذ قاد فلوري وتشين إلى إنتاج البنسلين بكميات كافية للاستخدام السريري.⁸

كان أول استخدام سريري للبنسلين في عام 1941، وهو العام الذي يُوصف فيه أيضاً بأنه العام الذي حدث فيه أول علاج ناجح لمريض بالبنسلين.¹ وبهذا الانتقال خرج البنسلين من دائرة الاختبار المحدود إلى التطبيق على المرضى.¹⁰

وقد ذكر فلوري أن البنسلين استُخدم لعلاج المرضى المصابين بعدوى شديدة، أي أن التطبيق السريري الأولي لم يكن مقتصراً على حالات هامشية.⁷ وكما كان البنسلين فعّالاً ضد مجموعة واسعة من البكتيريا، كان حضوره في العلاج البشري واسع الاستهداف أيضاً.⁷

وقد كان البنسلين أول مضاد حيوي يُستخدم بنجاح لعلاج العدوى البكتيرية في البشر، وهو لقب يجعله نقطة البداية في تاريخ العلاج بالمضادات الحيوية.³ ومع ذلك، فقد كان إنتاج البنسلين بكميات كبيرة صعباً في البداية، أي أن الفعالية لم تكن كافية لتحويله إلى حل عملي على نطاق واسع.¹⁰

واستُخدم البنسلين في مرحلة أولى موضعياً، قبل أن تتطور طرق استخدامه ومداه العلاجي في سنوات لاحقة.¹⁰

على الرغم من إثبات الفعالية، ظل إنتاج البنسلين بكميات كبيرة صعباً في البداية، وهو ما شكل عقبة عملية أمام انتشاره الواسع.¹⁰ وقد كان هذا القيد الإنتاجي من أبرز التحديات التي واجهت تحويل البنسلين إلى دواء متاح.¹⁰

وقد وفّر تطوير التخمير في الخزانات العميقة إمكانية الإنتاج الضخم للبنسلين، وهي تقنية صناعية غيّرت معادلة الإنتاج وأتاحت تلبية احتياجات أكبر.¹⁰ وبفضل ذلك، أمكن إنتاج البنسلين بكميات اضطلعت باحتياجات العلاج السريري المتنامية.¹⁰

ويُنتج البنسلين عن طريق تخمير فطر البنسيليوم، وهي طريقة ترتبط بالنقطة التي انطلق منها الاكتشاف نفسه.¹ وقد اجتمع في هذه المرحلة البعد البيولوجي للفطر مع البعد الهندسي للتصنيع، فصار البنسلين منتجاً قابلاً للتوزيع.¹

وبذلك انتقل البنسلين من مرحلة الندرة والقيود إلى مرحلة الوفرة النسبية، وهو ما مهد لدخوله الاستخدام الطبي الموسّع.¹

خلال الحرب العالمية الثانية، أُنتج البنسلين بكميات ضخمة واستُخدم لعلاج الجنود الجرحى، وهو الاستخدام الذي منحه حضوراً واسعاً في الميدان العسكري والطبي معاً.¹ وقد جاء ذلك امتداداً لقدرة الإنتاج التي تطورت في تلك الفترة.¹

وقد أنقذ الإنتاج الضخم للبنسلين خلال الحرب العالمية الثانية حياة لا تُحصى، وهي حصيلة تُبرز الأثر العملي الهائل لهذا الدواء على أرض الواقع.³ وقد ربط هذا السياق الحربي بين التقدم العلمي والضرورة الطبية الملحّة.³

ويُظهر هذا الفصل من تاريخ البنسلين كيف أن الدواء، بعد أن كان اكتشافاً مختبرياً محدوداً، صار أداةً في سياق تاريخي واسع.¹ وقد أسهم استخدامه في علاج الجرحى في تعزيز قيمته العلاجية الملاحظة عملياً.¹

وقد كان هذا التحول ممكناً بفضل الجهود المتراكمة التي بدأت بملاحظة فلمنج وانتهت بإنتاج صناعي واسع النطاق.³

خلال الحرب العالمية الثانية، أُنتج البنسلين بكميات ضخمة واستُخدم لعلاج الجنود الجرحى¹. وقد أنقذ الإنتاج الضخم للبنسلين خلال الحرب العالمية الثانية حياة لا تُحصى³. وكان البنسلين قد استُخدم في أول علاج ناجح لمريض عام 1941¹⁰، ثم استُخدم لعلاج المرضى المصابين بعدوى شديدة⁷. وقد كان إنتاج البنسلين بكميات كبيرة صعباً في البداية¹⁰، قبل أن يؤدي تطوير التخمير في الخزانات العميقة إلى إمكانية الإنتاج الضخم¹⁰. وفي عام 1945 مُنحت جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب مناصفةً إلى السير ألكسندر فلمنج وإرنست بوريس تشين والسير هوارد والتر فلوري لاكتشاف البنسلين وتأثيره الشافي في مختلف الأمراض المعدية..¹¹

تم تحديد التركيب الكيميائي للبنسلين بواسطة التحليل البلوري بالأشعة السينية، وهي وسيلة تحليلية أسهمت في كشف تفاصيل البنية الجزيئية.¹² وقد كان هذا التحديد خطوة مهمة لفهم كيفية عمل المركّب على المستوى الجزيئي.¹²

ويحتوي جزيء البنسلين على حلقة بيتا لاكتام، وهي عنصر بنيوي مميز في تركيبه الكيميائي.¹² كما أن هذه الحلقة ضرورية للنشاط المضاد للبكتيريا للبنسلين، أي أنها ليست مجرد تفصيل بنيوي عابر.¹²

ويتجلى هذا الأساس الكيميائي في أن البنسلين مضاد حيوي من عائلة بيتا لاكتام، أي أن انتماءه العائلي مرتبط بهذه الحلقة المحددة.¹ وقد ناقش تشين تحلل البنسلين بواسطة البنسليناز، وهي ظاهرة ترتبط ببنية الجزيء وتفاعله.¹²

ويُنتَج البنسلين في صور متعددة، إذ يُعدّ البنسلين جي الشكل الطبيعي للبنسلين، بينما يُمثّل البنسلين في شكلاً فموياً منه.¹

يحتوي جزيء البنسلين على حلقة بيتا لاكتام¹²، وهي ضرورية لنشاطه المضاد للبكتيريا¹²، ويُعد البنسلين مضاداً حيوياً من عائلة بيتا لاكتام¹. وقد حُدِّد التركيب الكيميائي للبنسلين بواسطة التحليل البلوري بالأشعة السينية¹². ويعمل البنسلين عن طريق التداخل مع تكوين جدار الخلية البكتيرية¹، وله تأثير قاتل للبكتيريا⁶. كما وُجد أنه غير سام للخلايا البشرية⁷ وغير سام للأنسجة الحيوانية⁶. ويتوافر البنسلين في شكلين: البنسلين جي، وهو الشكل الطبيعي للبنسلين¹، والبنسلين في، وهو شكل فموي من البنسلين..¹

البنسلين فعال ضد العديد من البكتيريا إيجابية الجرام، وهي فئة واسعة من الكائنات التي يستهدفها هذا المضاد الحيوي.¹ ويشمل ذلك البكتيريا إيجابية الجرام مثل العقديات والعنقوديات، وهي من الأمثلة التي توضح مداه.¹

ويُستخدم البنسلين لعلاج مجموعة متنوعة من العدوى، بما في ذلك الالتهاب الرئوي والتهاب السحايا والزهري.¹ وهذا التنوع في الأمراض المستهدفة يعكس اتساع فعاليته ضد أنواع متعددة من البكتيريا.¹

والبنسلين مدرج في قائمة منظمة الصحة العالمية للأدوية الأساسية، وهو تصنيف يعكس أهميته في الأنظمة الصحية.¹ ويجمع بين فعاليته الواسعة وقيمته العلاجية المعترف بها، مع كونه أحد أوائل المضادات الحيوية وأكثرها استخداماً.¹

وقد كان للبنسلين أثر شامل في الطب، حتى إن اكتشافه يُوصف بأنه أحدث ثورة في الطب.³

يُستخدم البنسلين لعلاج مجموعة متنوعة من العدوى، بما في ذلك الالتهاب الرئوي والتهاب السحايا والزهري، وهو فعال ضد العديد من البكتيريا إيجابية الجرام مثل العقديات والعنقوديات¹. ويُستخدم لعلاج العدوى البكتيرية، وليس العدوى الفيروسية مثل الزكام¹. ويعمل البنسلين عن طريق التداخل مع تكوين جدار الخلية البكتيرية، وله تأثير قاتل للبكتيريا¹. وقد وُجد أن البنسلين غير سام للخلايا البشرية وغير سام للأنسجة الحيوانية، ما جعله أول مضاد حيوي يُستخدم بنجاح لعلاج العدوى البكتيرية في البشر¹. وهو مدرج في قائمة منظمة الصحة العالمية للأدوية الأساسية..¹

مُنحت جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب عام 1945 مناصفةً إلى السير ألكسندر فلمنج وإرنست بوريس تشين والسير هوارد والتر فلوري لاكتشاف البنسلين وتأثيره الشافي في مختلف الأمراض المعدية.¹¹ وكان هذا التتويج تتويجاً لمسار طويل بدأ بملاحظة عرضية في المختبر.¹¹

وقد حصل فلمنج على جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب في عام 1945، وهو ما ينسجم مع دوره في الاكتشاف الأولي للبنسلين.⁴ وقد بلغ عدد المكرَّمين ثلاثة باحثين تقاسموا الجائزة على اكتشاف البنسلين وتأثيره الشافي في مختلف الأمراض المعدية.¹¹

وشارك تشين جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب في عام 1945 مع فلمنج وفلوري، تقديراً لدوره في تنقية البنسلين وإثبات قيمته العلاجية.⁹ كما شارك فلوري جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب في عام 1945 مع فلمنج وتشين.⁸

وقد كانت الجائزة مُنحت لاكتشاف البنسلين وتأثيره الشافي في مختلف الأمراض المعدية، وهو توصيف يجمع بين لحظة الاكتشاف الأولى والنتيجة العلاجية المترتبة عليه.¹¹

على الرغم من الأثر الهائل للبنسلين، فقد أدى الإفراط في استخدام المضادات الحيوية إلى مقاومة المضادات الحيوية، وهي تهديد كبير للصحة العامة.¹³ وتُعدّ مقاومة المضادات الحيوية واحدة من أكبر تحديات الصحة العامة في عصرنا.¹³

وتحدث مقاومة المضادات الحيوية عندما تتغير البكتيريا استجابةً لاستخدام هذه الأدوية، أي أنها في جانب منها نتيجة للتعرض للمضادات الحيوية نفسها.¹³ كما يمكن أن تؤثر مقاومة المضادات الحيوية على الناس في أي مرحلة من مراحل الحياة.¹³

وتُعدّ مقاومة مضادات الميكروبات تهديداً عالمياً للصحة والتنمية، وهي إلى جانب ذلك ظاهرة طبيعية تحدث بشكل طبيعي بمرور الوقت، عادةً من خلال تغيرات جينية.² ومع أنها ظاهرة طبيعية، فإن سوء استخدام المضادات الحيوية يسرّعها، وهو ما يجعلها مشكلة متسارعة.²

ومع ذلك، فإن الصورة ليست مكتملة من دون المضادات الحيوية نفسها، إذ بدون مضادات حيوية فعالة، سيكون نجاح الجراحة الكبرى والعلاج الكيميائي للسرطان في خطر.²