В 1885 году немецкий патолог Пауль Эрлих пришел к выводу, что современной медицине нужна “волшебная пуля”, которая разрушала бы бактериальные клетки, не причиняя вреда клеткам человеческого организма. Эта идея была отнюдь не праздной мечтой: она была основана на собственных наблюдениях Эрлиха, которые показывали, что бактериальные клетки принципиально отличаются от наших. За год до этого датский микробиолог Ганс Кристиан Грам продемонстрировал, что всех бактерий можно разделить на две фундаментальные группы (теперь называемые грамположительными и грамотрицательными бактериями) в зависимости от того, как их клетки впитывают и сохраняют в себе метиловый фиолетовый краситель. Эрлих понял, что разница между этими двумя группами обусловлена различиями в строении полужесткой клеточной стенки, окружающей тонкую клеточную мембрану бактериальных, но не животных клеток, в том числе человеческих.
Эрлих рассудил, что если ему удастся найти токсичный краситель, способный впитывать только бактериальные клетки, это вещество может оказаться той самой “волшебной пулей”, о которой он мечтал. После этого он испытал более девятисот красителей и близких к ним соединений. В 1908 году он обнаружил, что соединение 606, впоследствии получившее название “сальварсан”, эффективно против грамотрицательного возбудителя сифилиса. Но сальварсан отнюдь не был безвреден для пациентов. Помимо того что он оказывал разрушительное действие на печень, этот токсичный препарат иногда приводил к тому, что пациенту приходилось ампутировать руку, после того как в процессе инъекции некоторое количество препарата случайно вытекало из вены. Тем не менее открытие сальварсана спасло тысячи жизней и подтолкнуло ряд европейских химических предприятий на финансирование исследований, направленных на поиск других веществ, которые обладали бы избирательной токсичностью для бактерий. Эти дальнейшие исследования позволили разработать сульфаниламидные препараты, полученные, как и сальварсан, на основе красителей. Эти препараты оказались удивительно эффективным средством против целого ряда грамположительных бактерий, в том числе пиогенного стрептококка (Streptococcus pyogenes), вызывающего ангину и скарлатину, а также умеренно эффективным средством против золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) – другой грамположительной бактерии, одного из важнейших возбудителей инфекционных заболеваний кожи и заражений крови.
Тем временем человечество приблизилось к открытию первого настоящего антибиотика, то есть, по определению, противомикробного средства, производимого другим микробом. В 1896 году французский студент-медик Эрнест Дюшен изучал, как различные микроорганизмы конкурируют друг с другом в культурах, выращиваемых на питательной среде, и установил, что плесневый грибок пеницилл (Penicillium glaucum) с легкостью подавляет рост колоний обыкновенной кишечной палочки (Escherichia coli). Впоследствии он показал, что лабораторные крысы не умирают, если вводить им возбудителей брюшного тифа в количестве, которое должно быть смертельным, одновременно с препаратом этого гриба. К сожалению, сам Дюшен умер от туберкулеза, не успев завершить свои исследования.
В течение следующих двадцати лет плесневые грибы из рода Penicillium привлекли внимание ряда других исследователей, самым знаменитым из которых стал биохимик Александр Флеминг, в 1928 году обративший внимание на зараженную плесенью культуру золотистого стафилококка, которую он выращивал в чашке Петри. Слова, сказанные им своему помощнику, отличались необычайной сдержанностью, благодаря чему и вошли в историю: “А это забавно”. Дело в том, что хотя лабораторные культуры нередко заражались плесенью, оказалось, эта плесень убивает вокруг себя всех стафилококков.
Следующим принципиальным этапом должно было стать выделение и очистка ощутимого количества убивающего бактерий вещества, выделяемого плесенью. Во время Второй мировой войны химики из Оксфордского университета Говард Флори и Эрнст Чейн усовершенствовали соответствующую технологию, чем спасли жизни сотен солдат союзнических армий. Тем временем американский почвовед французского происхождения Рене Дюбо открыл еще более плодотворный путь получения антибиотиков. Дюбо с давних пор восхищало изобилие и разнообразие бактерий, которых можно найти в любом комке грязи, способных разрушать, или расщеплять, едва ли не что угодно. Более того, он справедливо полагал, что все мы были бы по колено завалены останками животных и растений, если бы не способность почвенных бактерий эти останки перерабатывать. Кроме того, он рассудил, что почвенные бактерии должны использовать друг против друга целый набор биохимического оружия в непрерывной борьбе за пространство и пищу в своем перенаселенном подземном мире. Поэтому в тридцатых годах он начал проверять всевозможные формы безвредных почвенных бактерий на предмет их способности убивать своих болезнетворных собратьев.