走出派丁頓車站 —抗生素的過去 (二) Out of London Paddington Station-The past of antibiotics (II)

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走出派丁頓車站 —抗生素的過去 (二) Out of London Paddington Station-The past of antibiotics (II)
高雄師範大學生物科技系 許惇偉助理教授

連結:走出派丁頓車站 —抗生素的緣起(一) Out of London Paddington Station-The origin of antibiotics (I)

當醫學界意識到盤尼西林的威力時,都躍躍欲試,希望能全面應用于各種感染病的治療。然而光是在牛津治療一個病人所需要的排尼西林用量,已經忙到整個團隊人仰馬翻,根本無力去應付大規模的需求。

限於當時歐洲處於二戰的紛亂,想大量培養青黴菌提煉更多的盤尼西林在英國風險又很大,因此這班盤尼西林列車繼倫敦至牛津後,接著開往當時本土未陷於戰亂,但科技能力又頂尖的美國,尋求大量生產的機會。

一開始他們雙管齊下,首先利用傳統方法大量培養青黴菌來提煉盤尼西林;另一方面嘗試去了解盤尼西林的詳細化學結構,企圖利用化工方法大量合成盤尼西林。

傳統方法上,首先找到條件更好的發酵方式,以利降低大量培養青黴菌的成本;同一時間他們也在全美各地尋找盤尼西林產量更高的黴菌種類,並將其改良成產量更高的突變種。在很短時間內(1942-1943),盤尼西林的產量已由之前珍貴到還得蒐集接受治療病人的尿液重新提煉殘存盤尼西林,到產量足以供給1944年諾曼地登陸作戰治療感染數萬傷兵之用。然而戰時產出的盤尼西林其成本還是不足以應付大量的醫療需求,合理的希望落在人工化學合成上。

然而,化學合成生產盤尼西林進展卻相對的緩慢,最大原因是盤尼西林的正確結構遲遲未確定,一旦化學結構不確定,根本無法知道要合成的產物是什麼。這問題後來才由牛津大學化學系的霍奇金(Dorothy Hodgkin, 1910-1994)利用X光結晶學的技術明白解決。

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圖一、 盤尼西林的化學結構圖

霍奇金直到目前仍然是英國唯一獲得諾貝爾科學類獎項的女科學家。她是個廣受同儕尊重、學生喜歡、家人敬愛的學者,她不但在化學領域拔尖,也在家庭生活上取得很好的均衡,甚至在科學教育以及幫助第三世界國家訓練傑出化學家上都有傑出貢獻。

當時霍奇金在短短幾年內,就運用其非凡的天份與超有效率的工作態度,在牛津同僚錢恩(Ernst Chain, 1906-1979)與亞伯拉罕( Edward Abraham,1913-1999)建立的粗略基礎上,1945年率先解析出盤尼西林的完整化學結構 (圖一 ),確立了她在科學史上的地位,在1964年她也因此單獨獲頒諾貝爾化學獎。

霍奇金教授去世後,牛津大學化學系的牆上有一塊飾匾寫著:「大英帝國功績勳章得主、皇家學院院士以及諾貝爾獎得主霍奇金教授(1910-1994),當年在牛津大學科學院區,特別是1956-1994年間在這建築物裡,從事關於利用X光解析抗生素盤尼西林、維他命B12跟胰島素蛋白質結構的開創性研究,她應用早期數位電腦的優勢,發展出許多方法來解析分子的化學結構,而這些方法也成為了解分子生物與醫學化學裡面相關分子結構的基礎。」(圖二)

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圖二、位於牛津大學化學系無機化學館牆上關於闡述霍奇金教授貢獻的飾匾(美國哈佛大學張怡斌博士提供)。

霍奇金的貢獻,讓盤尼西林的大量化學合成變成可能。在該基礎上,1957年美國麻省理工學院的教授史漢(John C. Sheehan, 1915-1992)成功化學合成盤尼西林,並首次在他論文裡面用抗生素(antobiotics)來形容盤尼西林對抗病原細菌的效果,爾後的科學家也把所有用來對抗細菌的化學物質統稱為抗生素。

史漢的發現,讓盤尼西林變得便宜容易取得,甚至可以用化學方法部分改良盤尼西林結構,製造出比天然萃取的盤尼西林更高效能的抗生素。往後不同種類的抗生素陸續被發現,也依序被合成並改良。因為便宜好用,所以抗生素的使用從人類的醫療用途,走向涵蓋農畜業的生產,抗生素的璀璨時代正式揭幕,當時的人們充滿信心,認為所有感染疾病都將是不再可怕的。

因此這半個多世紀以來,當各種抗生素陸續成為便宜好用且方便取得的同時,得意于「人強勝天」的人們開始大量使用各種抗生素的,殊不知這樣的後果,正在醞釀另一種災難。

「兵強勝人,人強勝天」。人類想利用自己的發明改善生活有什麼錯?

連結:走出派丁頓車站 —抗生素的現在(三) Out of London Paddington Station-The present of antibiotics (III)

參考文獻

  • 細菌的世界.徐明達 著.天下雜誌股份有限公司. 2004
  • Corey EJ, Roberts JD. (1995) John Clark Sheehan – September 23, 1915-March 21, 1992. Biogr Mem Natl Acad Sci. 68:291-302.
  • Dodson, Guy (2002). “Dorothy Mary Crowfoot Hodgkin, O.M. 12 May 1910 – 29 July 1994”. Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society 48: 179–219.

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