Эрнст Чейн: химик, который сделал пенициллин реальностью

25 мая 1940 года восьми мышам в Оксфорде ввели стрептококки, и четырем из них дали коричневый порошок, способ извлечения которого немецкий беженец изучал два года. На следующее утро четыре леченых мыши были живы, а четыре нелеченых — мертвы. Александр Флеминг (Alexander Fleming) заметил эту плесень двенадцать лет назад и оставил её. Эрнст Чейн превратил её в лекарство.

Берлин и сын химика

Чейн родился в Берлине 19 июня 1906 года. Его отец, доктор Майкл Чейн (Dr Michael Chain), был химиком и промышленником, эмигрировавшим из Могилева в Российской империи для изучения химии за границей; его мать, Маргарет Айснер (Margarete Eisner), родилась в Берлине. Семья была еврейской. Он окончил Луизен-гимназию (Luisengymnasium) и получил диплом по химии в Университете Фридриха-Вильгельма (Friedrich-Wilhelm University) в 1930 году, после чего три года занимался исследованиями ферментов в больнице Шарите (Charité hospital).

Он точно и заблаговременно распознал приход нацистов к власти. 2 апреля 1933 года он прибыл в Англию с 10 фунтами стерлингов. Генетик Дж. Б. С. Холдейн (J.B.S. Haldane) нашел ему место в больнице Юниверсити-колледжа (University College Hospital) в Лондоне, откуда он переехал в Кембридж, в колледж Фицуильям (Fitzwilliam College), где работал над фосфолипидами под руководством сэра Фредерика Гоуленда Хопкинса (Sir Frederick Gowland Hopkins). В апреле 1939 года, за несколько месяцев до начала войны, он получил британское подданство.

Оксфорд и систематический поиск

В 1935 году его пригласили в Школу патологии сэра Уильяма Данна (Sir William Dunn School of Pathology) в Оксфорде; к 1936 году он уже был демонстратором и лектором по химической патологии. Его ранние работы в Оксфорде были обширны — змеиные яды, метаболизм опухолей, механизм действия лизоцима — и именно работа с лизоцимом указала направление для последующих исследований.

В 1938 году Чейн и австралийский директор школы Говард Флори (Howard Florey) решили исследовать биохимические и биологические свойства определенных антибактериальных веществ, вырабатываемых микроорганизмами. Пенициллин был одним из пунктов в списке. Их рабочая гипотеза была ошибочной в интересном ключе: они думали, что эти агенты окажутся ферментами, подобными лизоциму. Важным было решение рассматривать проблему как химическую, а не как предмет микробиологического любопытства.

Процесс экстракции был мучительным. Чейн вместе с Эдвардом Пенли Абрахамом (Edward Penley Abraham) разработал метод очистки, основанный на тщательном контроле pH, низких температурах и многократном выпаривании — по сути, лиофилизации, — однако выход продукта был ничтожным. Из многих галлонов бульона с плесенью получалось количество, едва покрывающее ноготь. Норман Хитли (Norman Heatley) позже усовершенствовал процесс до масштабируемого уровня. Эксперимент на мышах от 25 мая 1940 года вызвал огромный восторг в отделе, став первым твердым доказательством того, что вещество работает в живом организме против смертельной инфекции.

В феврале 1941 года команда пролечила своего первого инфицированного пациента — оксфордского полицейского. Его состояние заметно улучшилось, но затем, когда пенициллин закончился, наступил рецидив, и он умер. Из этой неудачи Флори сделал вывод, что у него всегда должно быть достаточно пенициллина для завершения курса лечения. В июле 1941 года Флори и Хитли отправились в Соединенные Штаты и связались с Северными региональными исследовательскими лабораториями (Northern Regional Research Laboratories) Министерства сельского хозяйства в Пеории, штат Иллинойс, начав производственные усилия, которые в конечном итоге привлекли тысячи людей и около тридцати пяти учреждений.

Патент, который он не получил

Чейн хотел запатентовать пенициллин. В немецких институтах, где он обучался, патентование было обычной практикой и очевидным способом финансирования дальнейшей работы. Флори отказался, считая, что открытие должно служить всему человечеству. Это решение долго тяготило Чейна, и дело было не только в уязвленной гордости: британская медицина впоследствии была вынуждена выкупать пенициллин у американских производителей, запатентовавших процессы производства.

Он продолжал заниматься химией. В 1942 году вместе с Абрахамом Чейн предложил структуру бета-лактамного кольца (beta-lactam ring) в ядре молекулы пенициллина — структура, которая в то время оспаривалась и была подтверждена в 1945 году с помощью рентгеновской кристаллографии Дороти Ходжкин (Dorothy Hodgkin). Именно это кольцо является причиной того, что существует целое семейство антибиотиков, а не один препарат.

К концу войны он узнал, что нацисты убили его мать и сестру.

Рим, Имперский колледж и публичное еврейство

Нобелевская премия по физиологии или медицине 1945 года была присуждена Флемингу, Флори и Чейну «за открытие пенициллина и его целительного воздействия при различных инфекционных болезнях». Последовали награды: серебряная медаль Берцелиуса (Silver Berzelius Medal) в 1946 году, избрание членом Королевского общества (Royal Society), премия Пауля Эрлиха (Paul Ehrlich Prize) в 1954 году, золотая медаль по терапии в 1957 году и рыцарское звание в честь дня рождения в 1969 году.

Признание не сделало его желанным гостем везде. Соединенные Штаты запретили ему въезд в соответствии с Законом Маккарэна о внутренней безопасности (McCarran Internal Security Act) 1950 года и дважды отказывали в визе в 1951 году. В 1948 году он уехал из Оксфорда в Рим, став научным директором Международного центра химической микробиологии при Высшем институте здоровья (Istituto Superiore di Sanità), где он развил работу по ферментации — промышленной биологии, на которой фактически держится производство антибиотиков. В 1961 году он вернулся в Лондон, став профессором биохимии в Имперском колледже (Imperial College), и основал там кафедру биохимии.

В 1948 году он женился на биохимике Энн Белофф (Anne Beloff); у них было трое детей: Бенджамин (Benjamin), Дэниел (Daniel) и Джудит (Judith), которых они воспитали в иудейской вере. С возрастом его еврейская идентичность стала более центральной и публичной. В 1954 году он вошел в совет управляющих Института науки Вейцмана (Weizmann Institute of Science), был убежденным сионистом, а в 1965 году выступил с докладом под названием «Почему я еврей» на конференции интеллектуалов Всемирного еврейского конгресса.

Почему Эрнста называют гением

Претензия Чейна основана на особом виде интеллекта: способности увидеть, что биологическое наблюдение на самом деле является химической проблемой, а затем решить химическую задачу, когда никто не знает, выживет ли целевая молекула при обработке. У Флеминга был пенициллин в 1928 году, но он не мог его стабилизировать или сконцентрировать; вещество было знаменитым, но бесполезным. Прозрение Чейна в 1938 году заключалось в том, что антибактериальные агенты плесени заслуживают систематической биохимической атаки, а не очередного раунда восхищенного наблюдения, а его мастерство заключалось в разработке метода экстракции (pH, холод, многократное выпаривание), достаточно деликатного, чтобы не уничтожить то, что он выделял. Предложение о бета-лактаме 1942 года, сделанное на основе химических рассуждений за годы до того, как кристаллография смогла это подтвердить, — это самая яркая демонстрация его ума.

Контраргумент существует. Он не открывал пенициллин, и он сам это говорил; популярная версия, приписывающая заслуги Флемингу, раздражала его всю жизнь, но исправленная версия, приписывающая заслуги только Чейну, была бы столь же неверной. Оксфордский пенициллин был результатом работы команды: Флори обеспечил руководство, мужество и американские связи, Хитли — производственную инженерию, без которой ничего бы не масштабировалось, Абрахам — большую часть химии, Ходжкин — структурное доказательство. Чейн также, по общему мнению, был сложным и конфликтным, легко обижался из-за признания — и, по крайней мере, в вопросе патента он оказался прав. Он обладал не одиноким гением, а исключительным химическим чутьем, примененным в тот самый момент, когда любопытство превратилось в лекарство.

Наследие

Чейн умер 12 августа 1979 года в больнице Мэйо (Mayo General Hospital) в Каслбаре, графство Мэйо, в возрасте семидесяти трех лет. Здание биохимии в Имперском колледже носит его имя, как и улица в Каслбаре. Больший памятник является структурным: бета-лактамное кольцо, за которое он выступал в 1942 году, остается каркасом наиболее широко используемого класса антибиотиков в мире, и каждый полусинтетический пенициллин является вариацией молекулы, которую он помог определить, когда она была лишь пятном на лабораторной чашке.