بیوگرافی الکساندر فلمینگ، دانشمند اسکاتلندی کاشف پنی‌سیلین

سر الکساندر فلمینگ (Sir Alexander Fleming) زیست‌شناس، پزشک، میکروب‌شناس و داروشناس اسکاتلندی قرن ۱۹ و ۲۰ بود. از بزرگ‌ترین دستاوردهای او می‌توان به کشف آنزیم لیزوزیم در سال ۱۹۲۳ و آنتی‌بیوتیک پنی‌سیلین در سال ۱۹۲۸ اشاره کرد. او به‌خاطر کشف پنی‌سیلین در سال ۱۹۴۵ به‌صورت مشترک با هاوارد فلوری و ارنست بوریس چین، جایزه‌ی نوبل پزشکی را دریافت کرد. فلمنیگ در طول سال‌های فعالیت مقاله‌های بی‌شماری را نیز در حوزه‌های باکتری‌شناسی، ایمنی‌شناسی و شیمی‌درمانی منتشر کرد.

امروزه فلمینگ بیش از همه با کشف بزرگش یعنی پنی‌سیلین شناخته می‌شود که عمر میلیون‌ها انسان را نجات داده است. منتهی او پیش از کشف این داروی مهم که بسیاری کشف آن را تصادفی می‌دانند، دستاوردهای بزرگ دیگری هم در علم پزشکی داشت که پرداختن به آن‌ها خالی از لطف نیست.

امضای الکساندر فلمینگ

الکساندر فلمینگ در هشتم اوت سال ۱۸۸۱ در مزرعه‌ای نزدیک شهر کوچک دارول اسکاتلند متولد شد. والدین او هیو فلمینگ و گریس استرلینگ مورتون نام داشتند و هر دو از خانواده‌هایی مزرعه‌دار بودند. وضعیت سلامت پدر الکساندر هیچ‌گاه خوب نبود و در هفت سالگی او از دنیا رفت. الکساندر تحصیلات ابتدایی خود را در سنین پنج تا هشت سالگی در مدرسه‌ای روستایی گذراند. مدرسه‌ای که تنها یک کلاس درس داشت و ۱۲ دانش‌آموز با سنین متفاوت با هم در آن تحصیل می‌کردند.

مدرسه‌ی بعدی که میزبان فلمینگ بود، او را مجبور به پیاده‌روی ۱۳ کیلومتری می‌کرد. مدرسه در دارون واقع بود و فلمینگ تا ۱۱ سالگی در آن تحصیل می‌کرد. استعداد یادگیری و مطالعه‌ی الکساندر در سنین نوجوانی کشف شد و او بورسیه‌ی تحصیل در آکادمی کیلمارناک را دریافت کرد. الکساندر نوجوان دو سال در آکادمی جدید تحصیل کرد و سپس راهی لندن شد.

اولین مؤسسه‌ی آموزشی محل تحصیل و رشته‌ی تحصیلی الکساندر، ارتباطی با زندگی حرفه‌ای سال‌های بعد او نداشت. او ابتدا به مدرسه‌ی پلی‌تکنیک لندن رفت و در رشته‌ی تجارت و کسب‌وکار تحصیل کرد. در همان ماه‌های ابتدایی، اساتید فلمینگ متوجه استعداد بالای او شدند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که جوان اسکاتلندی باید در دوره‌های پیشرفته‌تر با چالش بیشتر تحصیل کند. به‌ همین‌ دلیل الکساندر در کلاسی با دانش‌آموزان دو سال بزرگ‌تر از خود شرکت کرد و در ۱۶ سالگی تحصیلات معادل دبیرستان را به پایان رساند.

فلمینگ دوران آموزشی دبیرستان در رشته‌ی تجارت و کسب‌وکار را با نمراتی عالی به پایان رساند و به‌خاطر رزومه‌ی عالی، به‌سرعت در یک دفتر حمل‌ونقل استخدام شد. او علاقه‌ی زیادی به شغل اول خود نشان نمی‌داد و به‌نوعی علاقه‌مند به پزشکی بود. الکساندر در سال ۱۹۰۱ و در سن ۲۰ سالگی ارثیه‌ای از عمویش جان فلمینگ دریافت و آن را برای تحصیل در رشته‌ی پزشکی هزینه کرد. الکساندر علاقه داشت تا مانند برادرش تام، پزشک شود.

ورود به دانشکده‌ی پزشکی لندن مراحل فنی و تحصیلی متعددی داشت. الکساندر برای عبور از مراحل کار دشواری در پیش نداشت و آزمون‌ها را با بالاترین نمرات گذراند. درواقع نمرات او در کل بریتانیا رتبه‌‌ی برتر داشتند. درنهایت الکساندر در سال ۱۹۰۳ و در سن ۲۲ سالگی به دانشکده‌ی پزشکی بیمارستان سینت ماری لندن رفت. دوره‌ی آموزش پزشکی در آن سال‌های لندن شبیه به دوره‌ی کارشناسی بود و فلمینگ پس از سه سال، مدرک کارشناسی پزشکی و جراحی را دریافت کرد.

الکساندر که ابتدا با رویای تبدیل شدن به پزشک مانند برادرش تام، به دانشکده‌ی پزشکی رفته بود، مسیر او را ادامه نداد. یکی از اساتید سینت ماری به‌نام آلمروث رایت به او پیشنهاد داد که مطالعات و تحقیقات را در حوزه‌ی ایمنی‌شناسی ادامه دهد و الکساندر نیز پیشنهاد استادش را پذیرفت. او در دانشگاه باقی ماند و فعالیت‌های علمی خود را به‌صورت تحقیقات ایمنی‌شناسی و باکتری‌شناسی ادامه داد.

تحصیل و تحقیق فلمینگ در حوزه‌ی باکتری‌شناسی تا سال ۱۹۰۸ ادامه یافت و او در همین رشته با دریافت مدرک باکتریولوژی با مدال طلای برترین دانشجو، فارغ‌التحصیل شد. دانشگاه سینت ماری سپس پیشنهاد تدریس در همان حوزه‌ی باکتری‌شناسی را به الکساندر داد.

آلمروث رایت استاد الکساندر علاقه‌ی زیادی به مطالعه‌ی بدن انسان و توانایی ذاتی آن در مبارزه با عفونت داشت. فلمینگ نیز تحت تأثیر توانایی قابل‌توجه بدن در مبارزه با بیماری‌ها و باکتری‌ها بود. او در مطالعات خود این نکته را به‌خوبی درک کرده بود که با وجود بیماری‌های گاه و بی‌گاه انسان و آلوده شدن به باکتری‌های متنوع، قابلیت طبیعی دفاعی بدن، از ماندگار و طولانی شدن عفونت‌ها پیشگیری می‌کند.

جنگ جهانی اول در سال ۱۹۱۴ شروع شد و فلمینگ ۳۳ ساله به میدان‌های نبرد رفت. او به‌عنوان افسر نیروی پزشکی ارتش بریتانیا در بیمارستان‌های نظامی در فرانسه خدمت می‌کرد. فعالیت در میدان‌های نبرد و تلاش برای درمان آسیب‌دیده‌‌های جنگی،‌ اولین دستاورد علمی مهم را برای الکساندر به‌همراه داشت. او به این نتیجه رسید که ابزارهای ضدعفونی مورد استفاده در میدان‌های نبرد، به‌جای پیشگیری از انتقال عفونت، بیش از عفونت‌های جنگی منجر به مرگ‌ومیر سربازان می‌شوند.

ابزارهای ضدعفونی در سال‌های جنگ جهانی اول شامل موادی همچون اسید کربولیک (فنول)، بوریک اسید و هیدروژن پراکسید می‌شدند. این مواد در از بین‌ بردن باکتری‌های حاضر در عمق زخم‌ها، موفق نبودند. از همه بدتر، مواد مذکور با کشتن گلبول‌های سفید سربازان، ایمنی بدن آن‌ها را در مقابله با باکتری‌ها و عفونت کاهش می‌دادند.

فعالیت‌های فلمینگ در میدان نبرد و بیمارستان‌های نظامی، امکان آزمایش عملی ادعاهای رایت را به او می‌داد. درنتیجه پزشک اسکاتلندی محلول پیشنهادی استاد خود را برای درمان عفونت‌های عمیق سربازها به کار می‌گرفت. درنهایت رایت و فلمینگ یافته‌های خود را پیرامون سیستم ایمنی و مواد ضدعفونی کننده منتشر کردند، اما بسیاری از پزشکان نظامی آن‌ها را نپذیرفتند. همین مقاومت در برابر پذیرفتن ایده‌های جدید پزشکی، مرگ‌های بی‌شماری را در جنگ جهانی رقم زد که به‌راحتی قابل پیش‌گیری بودند.

دیاگرام آنزیم لیزومیم (رنگ آبی)

جنگ جهانی اول در سال ۱۹۱۸ پایان یافت و فلمینگ در سال ۱۹۱۹ برای ادامه‌ی تحقیقات به بیمارستان سینت ماری رفت. تجربه‌ی او از میدان‌های نبرد، یافته‌ی قابل‌توجهی را در مبارزه با عفونت و باکتری به‌همراه داشت. فلمینگ نتیجه گرفته بود که ابزارهای آنتی‌باکتریال باید تنها زمانی استفاده شوند که در همراهی با سیستم ایمنی طبیعی بدن عمل کنند. درواقع آنتی‌باکتری نباید عاملی مبارز در برابر گلبول‌های سفید بدن باشد. اولین یافته‌ی عملی فلمینگ در این حوزه، در سال ۱۹۲۲ و ۴۱ سالگی محقق شد.

فلمینگ در معاینه‌ی یکی از بیماران خود که مبتلا به سرماخوردگی بود، نمونه‌ای از ترشحات بینی او را برای آزمایش استخراج کرد. او ترشحات را کشت داد تا هرگونه باکتری موجود را در آن‌ها کشف کند. یکی از باکتری‌هایی که در نتیجه‌ی آزمایش فلمینگ کشف شد، از طرف او Micrococcus lysodeikticus نام گرفت که امروزه به‌نام M Luteus شناخته می‌شود.

آزمایش روی باکتری جدید، پله‌ای برای یافته‌های بزرگ بعدی فلمینگ بود. او چند روز پس از کشف اولیه، باکتری جدید را بررسی می‌کرد و خودش نیز به سرماخوردگی مبتلا بود. در جریان آزمایش‌ها، به‌صورت اتفاقی کمی از مخاط خود فلمینگ با باکتری ترکیب شد. او در کمال تعجب متوجه شد که باکتری‌های موجود در آن بخش تقریبا نابود شدند. دانشمند اسکاتلندی که همیشه به‌دنبال مواد آنتی‌باکتریال طبیعی بود، با مشاهده‌ی این رخداد بسیار هیجان‌زده شد.

فلمینگ در ادامه‌ی تحقیقات برای بررسی آنتی‌باکتریال‌های طبیعی، مایعات دیگری از بدن را برای مقابله با باکتری آزمایش کرد. او خون‌آبه، بزاق و حتی اشک را برای مبارزه با باکتری به محلول آزمایشی وارد کرد. در تمام آزمایش‌ها، باکتری در مقابل مایعات طبیعی بدن، شانس رشد نداشت. فلمینگ با آزمایش‌های تکمیلی متوجه شد که ماده‌ی مشترک در میان مایعات بدن،‌ یک آنزیم است. او آنزیم جدید را lysozyme (لیزوزیم) نام‌گذاری کرد.

آزمایش آنتی‌بیوتیک‌های جدید با روشی شبیه به فلمینگ

آنزیم لیزوزیم طبق آزمایش‌های فلمینگ توانایی نابودی برخی میکروب‌ها را داشت و به‌نوعی آسیب‌رسانی آن‌ها را برای انسان کاهش می‌داد. لیزوزیم که به‌صورت طبیعی در بدن ما وجود دارد، از آسیب‌رسانی برخی از میکروب‌های خاص بیماری‌زا جلوگیری می‌کند. درواقع این آنزیم، ایمنی طبیعی را در مقابل برخی از بیماری‌ها ایجاد می‌کند. فلمینگ با کشف لیزوزیم یک آنتی‌باکتری طبیعی پیدا کرده بود که خطری برای گلبول‌های سفید نداشت. اگر او می‌توانست آنتی‌باکتری مشابه و قوی‌تری کشف کند، به‌نوعی علم پزشکی را دگرگون می‌کرد. 

به‌هرحال امروزه استفاده از لیزوزیم به‌عنوان دارو آن‌چنان کاربردی نیست، چون تقریبا هیچ تأثیری بر بسیاری از میکروب‌های بیماری‌زای دیگر ندارد. آنزیمی که توسط فلمینگ کشف شد امروز بیشتر به‌عنوان ماده‌ی نگهدارنده نوشیدنی و غذا استفاده می‌شود. به‌علاوه لیزوزیم به مقدار زیادی در سفیده‌ی تخم‌مرغ وجود دارد و به‌نوعی یک عامل ایمنی برای مرغ‌ها هم محسوب می‌شود. استفاده‌های پزشکی لیزوزیم محدود هستند و بیشتر در کشورهای آسیایی شامل مواردی همچون درمان بیماری‌هایی مانند سرماخوردگی، جراحت پای ورزشکارها و عفونت‌های گلو می‌شوند.

فلمینگ در یادداشتی پیرامون لیزوزیم و تأثیر مایعات ایمنی بدن گفته بود:

تصور عموم این‌گونه بود که موادی همچون اشک، بزاق و مخاط در مقابله با عفونت‌ها تنها میکروب را به‌صورت مکانیکی می‌شویند. درحالی‌که ترکیب میعانات فوق با بافت بدن، توانایی نابودی کامل میکروب‌ها را در مقیاس بزرگ دارد.

الکساندر فلمینگ در ماه اوت سال ۱۹۲۸ تعطیلاتی طولانی‌مدت را همراه همسر و پسرش سپری می‌کرد. او در ماه سپتامبر از تعطیلات بازگشت و متوجه پتری دیش‌هایی (از ظروف آزمایشگاهی) شد که روی میز آزمایش جا گذاشته بود. ظرف‌ها شامل باکتری Staphylococcus بودند. زمانی‌که الکساندر در تعطیلات حضور داشت، یکی از دستیارانش پنجره‌ی آزمایشگاه را باز گذاشته بود و ظرف‌ها به انواع میکروب آلوده شدند. فلمینگ که از تخریب نمونه‌های آزمایشی ناراحت بود، آزمایشی کلی روی آن‌ها انجام داد و دستاورد بزرگ علمی‌اش در یکی از ظرف‌ها دیده شد.

دیاگرام سه‌بعدی بنزیل‌پنی‌سیلین

در یکی از پتری دیش‌های آزمایشگاهی، قارچی رشد کرده بود که باکتری‌های اطراف خود را می‌کشت. باکتری‌هایی که فاصله‌ی بیشتری با قارچ داشتند، از بین نرفتند و کمتر تحت تأثیر بودند. الکساندر که از کشف تصادفی خود هیجان‌زده بود، ظرف مذکور را به یکی از دستیارانش نشان داد و او شباهت زیادی بین کشف جدید و روند پیدا کردن لیزوزیم بیان کرد.

از اولین تبلیغات گسترده‌ی پنی‌سیلین

پس از کشف آزمایشگاهی پنی‌سیلین، نوبت به انتشار یافته‌های علمی رسید. فلمینگ در مقاله‌ی خود به کشته شدن باکتری‌ها در انواع گوناگون توسط پنی‌سیلین اشاره کرد. در میان باکتری‌ها نمونه‌های مرتبط با بیماری‌هایی همچون مخملک، سینه‌پهلو، مننژیت و دیفتری وجود داشتند. از همه مهم‌تر، پنی‌سیلین سمی نبود و به گلبول‌های سفید حمله نمی‌کرد. البته با وجود موفقیت‌های آزمایشگاهی فلمینگ و مقاله‌ی قابل‌توجی که منتشر کرد، جامعه‌ی علمی پذیرای دستاوردهای او نبود. آن‌ها تاحدودی با ادعاهای دانشمند اسکاتلندی مخالفت می‌کردند و چالش‌های زیادی هم برای اثبات عملی بودن دستاوردها وجود داشت. از میان چالش‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• جدا کردن پنی‌سیلین از قارچی که آن را تولید می‌کرد، فرایندی دشوار بود.
• فلمینگ راهی برای تولید انبوه پنی‌سیلین پیدا نکرده بود.
• پنی‌سیلین اثرگذاری کندی داشت.
• بررسی‌های کلینیکی پنی‌سیلین به‌عنوان ضدعفونی کننده‌ی سطحی نشان از بی‌اثر بودن آن داشتند.
• آلمروث رایت رئیس فلمینگ، مخالفتی جدی با شیمی‌دان‌ها داشت و آن‌ها را به آزمایشگاه خود راه نمی‌داد. اگر یک شیمی‌دان در کنار تیم فلمینگ حضور داشت، فرایند ایزوله‌سازی، پاک‌سازی و جمع‌آوری پنی‌سیلین آسان‌تر انجام می‌شد.

فلمینگ در حال دریافت جایزه‌ی نوبل

دانشمند اسکاتلندی با وجود تمام چالش‌های روند آزمایش، دهه‌ی ۱۹۳۰ را به تحقیقات بیشتر پیرامون یافته‌ی مهم خود اختصاص داد. البته او هیچ‌گاه موفق به ایزوله‌سازی و تولید انبوه داروی پنی‌سیلین نشد، اما دیگر دانشمندان این روند را ادامه دادند. در سال‌های ابتدایی دهه‌ی ۱۹۴۰ تیمی از دانشمندان به رهبری متخصص ایمنی، هاوارد فلوری و ارنست بوریس چین از متخصصان شیمی زیستی در دانشگاه آکسفورد، پنی‌سیلین را به دارویی تبدیل کردن که امروزه می‌شناسیم.

کشف داروی پنی‌سیلین توسط فلمینگ و تجاری‌سازی آن توسط دو دانشمند دیگر، جایزه‌ی نوبل پزشکی را در سال ۱۹۴۵ برای آن‌ها به‌همراه داشت. فلمینگ در سخنرانی مراسم نوبل گفت:

تولید میکروب‌‌هایی که در مقابل پنی‌سیلین مقاوم باشند، در فضای آزمایشگاهی امکان‌پذیر است. چنین رخدادی در آزمایشگاه‌های ما زمانی اتفاق افتاد که مقدار دارو برای کشتن میکروب کافی نبود و در عوض آن را قوی‌تر کرد. زمانی فرا خواهد رسید که همه‌ی مردم قابلیت خرید پنی‌سیلین از فروشگاه‌ها را داشته باشند. در چنان وضعیتی اگر افراد در استفاده از دارو و دوز آن دقت نکنند، احتمال قوی‌تر کردن عوامل بیماری‌زا در بدن آن‌ها وجود دارد.

فلمینگ در سخنرانی بالا به‌نوعی خطرات مقاومت دارویی را شرح داده بود. او به‌نوعی هشدارهایی درباره‌ی استفاده از پنی‌سیلین نیز مطرح کرد. دانشمند اسکاتلندی همیشه احترام زیادی برای فلوری، چین و تیم آن‌ها در موضوع تجاری‌سازی پنی‌سیلین داشت و به‌نوعی نقش خود را کمرنگ‌تر می‌دانست.

تمبر یادبود الکساندر فلمینگ

دانشمند اسکاتلندی کاشف پنی‌سیلین در سال ۱۹۴۵ سفری به آمریکا داشت. در آنجا شرکت‌های شیمیایی پیشنهاد هدیه‌ای ۱۰۰ هزار دلاری را به پاس خدماتش در کشف داروی جدید، ارائه کردند. شخصیت فلمینگ کاملا مخالف چنین رویکردهایی بود و طبیعتا پاداش را نپذیرفت. درعوض او جایزه را به آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در بیمارستان سینت ماری اهدا کرد.

الکساندر فلمینگ در ۲۴ دسامبر سال ۱۹۱۵ با پرستاری اهل ایرلند به‌نام سارا ماریون مک‌الروی ازدواج کرد. آن‌ها تنها یک فرزند به‌نام رابرت فلمینگ داشتند (که در سال ۲۰۱۵ از دنیا رفت) که پزشک عمومی شد. همسر اول الکساندر در سال ۱۹۴۹ از دنیا رفت و او در سال ۱۹۵۳ با آمالیا کوتسوری ورکاس ازدواج کرد. فلمینگ ۱۱ مارس سال ۱۹۵۵ در خانه‌اش در لندن از دنیا رفت. پیکر او در گورستان بارتون میلز سافک دفن شد.

در بخش قبلی گفتیم که فلمینگ تأثیرات مقاومت آنتی‌باکتریایی را هم مطرح کرده بود. او تأکید می‌کرد که دوز پایین یا دوره‌ی درمانی کوتاه، منجر به چنین مقاومتی می‌شود. البته استاد او قبل از آزمایش‌ها متوجه چنین پدیده‌ای شده بود. به‌هرحال دانشمند اسکاتلندی در سخنرانی‌های متعدد خود در سرتاسر جهان، همیشه از خطرات استفاده‌ی اشتباه از پنی‌سیلین صحبت می‌کرد.

مدال‌های الکساندر فلمینگ

آزمایشگاه بیمارستان سینت ماری که کشف پنی‌سیلین توسط فلمینگ در آن انجام شد، اکنون میزبان موزه‌ی فلمینگ است که یکی از مشهورترین جاذبه‌های لندن محسوب می‌شود. دانشکده‌ی پزشکی سینت ماری که محل تحصیل و تحقیق فلمینگ بود، بعدا با کالج سلطنتی لندن در سال ۱۹۸۸ ادغام شد و ساختمان سر الکسلندر فلمینگ در کنزینگتون جنوبی لندن به‌عنوان بخشی از این دانشگاه به افتخار فلمینگ در سال ۱۹۹۸ تأسیس شد. محل تحصیل دیگر فلمینگ یعنی مؤسسه‌ی سلطنتی پلی‌تکنیک لندن امروز به‌نام دانشگاه وست‌مینستر شناخته می‌شود و یکی از سالن‌های اختصاصی خود را به‌نام فلمینگ نام‌گذاری کرد.

فلمینگ علاوه بر دریافت جایزه‌ی نوبل، افتخارات متعدد دیگری را نیز در دوران فعالیت کسب کرد. او عضو افتخاری Pontifical Academy of Sciences ایتالیا بود. به‌علاوه عضویت در انجمن سلطنتی علوم هم در سال ۱۹۴۳ به دانشمند اسکاتلندی اهدا شد. در کنار موارد فوق، کالج سلطنتی جراحان انگلستان مدرکی افتخاری به‌نام Hunterian Professorship به فلمینگ اهدا کرد. در سال ۱۹۴۴ هم افتخار بزرگ دیگری برای کاشف پنی‌سیلین رقم خورد و جورج ششم لقب شوالیه و مقام سر را به او داد.

افخارات و یادگارهای فلمینگ در سال‌های پس از مرگش نیز ادامه یافت. مجله‌ی تایم در سال ۱۹۹۹ او را یکی از ۱۰۰ فرد مهم قرن بیستم نامید. در همان سال، یک پلاک یادبود در موزه‌ی کتابخانه‌‌ای الکساندر فلمینگ لندن نصب شد. به‌علاوه سه مجله‌ی بزرگ سوئدی نیز در همان زمان کشف فلمینگ را بزرگ‌ترین کشف قرن نامیدند. در سال ۲۰۰۲، یک نظرسنجی به‌نام «۱۰۰ بریتانیایی کبیر» توسط BBC انجام شد که فلمینگ در میان آن‌ها جای گرفت. علاوه بر بریتانیا، کشورهای دیگر اروپایی هم یادگارهایی به افتخار فلمینگ ساخته و نصب کرده‌اند. از میان آن‌ها می‌توان به اسپانیا، صربستان، بلغارستان و یونان اشاره کرد.