नोबेल-संशोधन (५) : पेनिसिलिन

वैद्यकातील प्रभावी नोबेल-विजेते संशोधन : भाग ५

भाग ४ :https://www.maayboli.com/node/69216)
*************

१९४५ चा पुरस्कार

या लेखमालेत कालानुक्रमे पुढे जात आता आपण १९४५ च्या पुरस्काराची माहिती घेऊ.

विजेते संशोधक : १. Sir Alexander Fleming (स्कॉटलंड)
२. Ernst Boris Chain (जर्मनी)
३. Sir Howard Walter Florey (ऑस्ट्रेलिया)

संशोधकांचा पेशा : अनुक्रमे सूक्ष्मजीवशास्त्र, रसायनशास्त्र व विकृतीशास्त्र.
संशोधन विषय : पेनिसिलिनचा शोध व त्याचा प्रतिजैविक म्हणून वापर

आपल्या अवतीभवती असंख्य जिवाणू वावरत असतात. त्यापैकी कित्येक आपल्या शरीरात सहज प्रवेश करतात. त्यापैकी बहुतेकांचा नायनाट आपली प्रतिकारशक्ती करते. पण काही जिवाणू मात्र जहरी असल्यामुळे तिला पुरून उरतात. मग अशा जंतुसंसर्गामुळे आपल्याला आजार होतो. अशा आजारांसाठी उपचार शोधणे हे वैद्यकापुढे कायमच आव्हान राहिले आहे. जंतुनाशक औषधांचा शोध घेण्याचे काम अगदी प्राचीन काळापासून सुरु झाले. विसाव्या शतकाच्या सुरवातीस याकामी काही रसायनांचा वापर होऊ लागला. त्यातले एक महत्वाचे उदाहरण म्हणजे Sulpha या गटातील औषधे. ही प्रयोगशाळेत तयार केलेली रसायने होती. त्याकाळी जंतुसंसर्गामुळे होणाऱ्या आजारांनी एकूणच थैमान घातले होते. असे रुग्ण पटकन गंभीर स्थितीत जात. त्यामुळे त्यांच्या उपचारासाठी नवनवीन औषधांचा शोध कसोशीने घेतला जात होता.

असे संशोधन प्रयोग सूक्ष्मजीवशास्त्राच्या प्रयोगशाळांत होत असत. त्यासाठी निरनिराळे सूक्ष्मजीव culture च्या रुपात वाढवावे लागत. बऱ्याचदा अशी cultures डिशमध्ये पडून राहिली की त्यावर बुरशीचा थर चढे. त्यातून एक गंमत होई. एकदा का अशी बुरशी चढली की त्यानंतर तिथली जीवाणूंची वाढ बंद होई. हे काहीसे आश्चर्यकारक वाटे. सन १८७१मध्ये Joseph Lister यांनाही असा एक अनुभव आला. ते रुग्णांच्या लघवीच्या नमुन्यांचे निरीक्षण करीत होते. टेबलावर बराच काळ पडून राहिलेल्या नमुन्यांत बुरशी चढू लागे आणि मग त्यांच्यात पुढे जीवाणूंची वाढ होत नसे. त्यातून प्रेरित होऊन त्यांनी या बुरशीचा (mold) अभ्यास सुरु केला. त्यातील एका प्रकाराला त्यांनी Penicillium असे नाव दिले. ‘Penicillus’ चा शब्दशः अर्थ ‘रंगकामाचा ब्रश’ असा आहे. त्याच्या दिसण्यावरून तसे नाव पडले. मग त्याचे प्रयोग काही सुट्या मानवी पेशींवर केले गेले.
त्याकाळी घोडे हे वाहतुकीचे एक महत्वाचे साधन होते. त्या घोड्यांना बऱ्याच जखमा होत. त्यावर बुरशी चोपडणे हा एक घरगुती उपचार तेव्हा रूढ होता. पुढे लुई पाश्चर आणि अन्य बऱ्याच संशोधकांनी असे प्रयोग करून Penicillium ला जंतुनाशक गुणधर्म असल्याचे मत मांडले. इथपर्यंतचे संशोधन हे फ्लेमिंग यांच्यासाठी पायाभूत व मार्गदर्शक ठरले.

डॉ. फ्लेमिंग हे १९२०च्या दशकात लंडनमधील एका रुग्णालयात सूक्ष्मजीव विभागात काम करीत होते. त्यांच्या टेबलावर जीवाणू culture केलेल्या डिशेस कायम पडलेल्या असत. एकदा ते सुटी घेऊन स्कॉटलंडला गेले होते. तिथून परतल्यावर ते कामावर रुजू झाले. त्यांचे सगळे टेबल पसाऱ्याने भरले होते. मग त्यांनी एक डिश कामासाठी उचलली. त्यात त्यांनी Staphylococcus हे जंतू वाढवलेले होते. आता ते बघतात तर त्या डिशमध्ये बऱ्यापैकी बुरशी लागली होती. त्यांना त्याचे कुतूहल वाटले. मग त्यांनी त्या डिशचे सूक्ष्मदर्शकाखाली बारकाईने निरीक्षण केले. हाच तो “युरेका’’ चा क्षण होता ! त्यांना असे दिसले की डिशच्या ज्या भागात बुरशी होती त्याच्या भोवताली जंतू बिलकूल दिसत नव्हते. अन्यत्र मात्र ते झुंडीने होते. याचा अर्थ स्पष्ट होता. त्या बुराशीतून जे काही बाहेर पडत होते त्यामुळे त्याच्या बाजूचे जंतू मरत होते.

मग फ्लेमिंगनी या कामाचा ध्यास घेतला. त्यांनी त्या बुरशीस वेगळे काढून तिचे culture केले आणि त्यातून तो रासायनिक पदार्थ वेगळा केला. मग या पदार्थाचे नामकरण त्याच्या जननीस अनुसरून ‘पेनिसिलिन’ असे झाले. हा ऐतिहासिक दिवस होता २८/९/१९२८चा. अशा रीतीने त्या दिवशी वैद्यकातील पहिल्या नैसर्गिक प्रतिजैविकाचा शोध लागला. ‘प्रतिजैविक’ म्हणजे एखाद्या सूक्ष्मजीवापासून तयार झालेले आणि अन्य जीवाणूंचा नाश करू शकणारे औषध.

‘पेनिसिलिन’ कसे तयार होते ते आता समजले होते. पुढची पायरी होती ती म्हणजे ते त्या बुरशीपासून वेगळे काढून टिकाऊ स्वरुपात उपलब्ध करणे. वाटते तितके हे काम सोपे नव्हते. त्यासाठी फ्लेमिंग तब्बल १२ वर्षे झटत होते पण तरीही त्यांना त्यातून स्थिर स्वरूपातले पेनिसिलिन मिळवणे जमत नव्हते.

या टप्प्यावर या संशोधनात Howard Florey यांचा शिरकाव झाला. ते ऑक्सफर्ड विद्यापीठात विकृतीशास्त्राचे प्राध्यापक होते आणि संशोधन प्रक्रियांत पारंगत होते. १९३८मध्ये त्यांनी फ्लेमिंगचे संशोधन वाचले आणि त्यांनी ते पुढे नेण्याचा चंग बांधला.
Florey यांच्या चमूत डॉ. Ernst Chain हे हुशार जीवरसायनशास्त्रज्ञ होते. ते त्यांच्याशी खूप बौद्धिक वाद घालत. मग या दोघांनी मिळून नेटाने पेनिसिलिन शुद्ध स्वरुपात मिळवण्यासाठी रात्रंदिवस काम केले.त्याला यश आले. तरीही अजून ते थोड्याच प्रमाणात मिळत असे. आता पुढच्या टप्प्यात या औषधाची उंदरांवर चाचणी घेण्यात आली. जंतुसंसर्ग झालेल्या उंदरांना जेव्हा हे औषध इंजेक्शनद्वारे देण्यात आले तेव्हा त्यांच्यात चांगलाच फरक दिसला. आता त्यांच्या आशा पल्लवित झाल्या आणि ते औषधाची माणसावर पहिली चाचणी करण्याची वाट पाहू लागले.

सप्टेंबर १९४०मध्ये त्यांना असा पहिला रुग्ण मिळाला.
हा ४८ वर्षीय पोलीस होता. तो त्याच्या गुलाबांच्या बागेत काम करत असताना त्याला काट्यांमुळे चेहऱ्याला जोरात खरचटले होते. पण ते प्रकरण एवढयावर थांबले नाही. त्या जखमेतून त्याला जंतुसंसर्ग झाला आणि तो डोळे व डोक्याच्या त्वचेपर्यंत पसरला.प्रथम त्याला रुग्णालयात भरती करून ‘सल्फा’ चे डोस दिले गेले होते. परंतु त्याने काही गुण आलाच नाही. उलट तो संसर्ग वाढत गेला. आता रुग्णाच्या डोळे, फुफ्फुस व खांद्यामध्ये मोठाले ‘पू’चे फोड झाले. ही भयानक केस ऐकल्यावर फ्लोरे आणि चेन खूप अस्वस्थ झाले आणि त्यांनी तिथल्या डॉक्टरांशी संपर्क साधला. त्यांच्याकडे आता थोडेसे शुद्ध पेनिसिलिन इंजेक्शनच्या रुपात उपलब्ध होते. त्याची या रुग्णावर चाचणी घेण्यात आली. त्याला ५ दिवस ही इंजेक्शन्स दिल्यावर तो सुधारू लागला. पण एव्हाना त्याचा जंतुसंसर्ग खूप बळावला होता. त्यामुळे हे औषध दीर्घकाळ द्यावे लागणार होते आणि दुर्दैवाने या डॉक्टरांकडे तितके पेनिसिलिन उपलब्ध नव्हते. त्यामुळे ही चाचणी थोडी यशस्वी होऊनही तो रुग्ण मरण पावला.

अर्थात या डॉक्टरद्वयीच्या दृष्टीने त्यांचा प्रयोग यशस्वी झाला होता. तेव्हा आता पेनिसिलिन शुद्ध स्वरुपात आणि मोठ्या प्रमाणावर मिळवायला हरकत नव्हती. हे सन होते १९४१. एकीकडे दुसरे महायुद्ध सुरु झालेले आणि अमेरिका त्यात उतरण्याच्या बेतात होती. त्याकाळी युद्धातील सैनिकांच्या जखमांमध्ये वेगाने जंतुसंसर्ग होई. तो एक चिंतेचा विषय होता. त्यामुळे हे प्रभावी औषध मोठ्या प्रमाणावर तयार करणे ही तातडीची गरज होती. त्यादृष्टीने फ्लोरे त्यांच्या Heatley या सहकाऱ्यासमवेत पुढील संशोधनासाठी अमेरिकेत डेरेदाखल झाले.

एव्हाना त्यांच्या एक गोष्ट लक्षात आली होती. ज्या बुरशीच्या जातीपासून (species) पहिले पेनिसिलिन मिळवले होते, ती जात मोठ्या प्रमाणात हे औषध देऊ शकत नव्हती. त्यामुळे त्यांनी बुरशीच्या अन्य काही जातींचा शोध घ्यायला सुरवात केली. ते उन्हाळ्याचे दिवस होते. अंगाची काहिली होत असल्याने सर्वांनाच काहीतरी गारेगार खावेसे वाटत होते. अशातच त्यांच्या प्रयोगशाळेतेल एक मदतनीस मेरी एक भलेमोठे टरबूज बाजारातून घेऊन आली. मग प्रयोगशाळेत एकदम कल्ला झाला. त्या टरबूजाच्या आकारावरून हास्यविनोद झाले. आता सर्वजण त्या फळाभोवती जमले. त्याचे जवळून निरीक्षण करता त्यांच्या एक गोष्ट नजरेत भरली. ती म्हणजे त्या टरबूजाला बाहेरून छानपैकी सोनेरी रंगाची बुरशी लागलेली होती ! मग काय, आपली संशोधक मंडळी ते टरबूज खायचे विसरून त्या बुरशीवरच प्रयोगासाठी तुटून पडली. प्रयोगांती असे दिसले की बुरशीची ही वेगळी जात पहिल्या जातीपेक्षा २०० पट जास्त पेनिसिलिन देऊ शकत होती. मग तिच्यावर जनुकीय बदल करणारे काही प्रयोग करण्यात आले आणि काय आश्चर्य ! आता ती मूळ जातीपेक्षा १००० पट पेनिसिलिन देऊ लागली.

१९४१-४३च्या दरम्यान अमेरिकेत पेनिसिलिनचे मोठ्या प्रमाणात औद्योगिक उत्पादन चालू झाले. १९४५मध्ये या औषधाचे रासायनिक सूत्र शोधले गेले. हा दुसऱ्या महायुद्धाचा काळ होता. त्यातील असंख्य जखमी सैनिकांना गंभीर जंतुसंसर्ग झाला होता. त्यांच्या उपचारासाठी पेनिसिलिन वरदान ठरले. इतिहासातील युद्धांचा अभ्यास करता एक गोष्ट स्पष्ट झाली होती. युद्धाच्या प्रत्यक्ष जखमांपेक्षा सैनिकांना होणाऱ्या जंतुसंसर्गामुळे अधिक मृत्यू होत. पहिल्या महायुद्धात जीवाणूजन्य न्यूमोनियामुळे खूप सैनिक मृत्यू पावले होते. दुसऱ्या महायुद्धादरम्यान पेनिसिलिन उपलब्ध झाले आणि अशाच न्यूमोनिया-मृत्यूंचे प्रमाण आता २० पटीने कमी झाले.

आता पेनिसिलिन हे विशिष्ट प्रकारच्या जंतूंच्या विरोधातले औषध म्हणून प्रस्थापित झाले होते. मात्र ते इंजेक्शनद्वारेच द्यावे लागणे ही रुग्णांच्या दृष्टीने कटकटीची बाब होती. तसेच काहींना त्याची गंभीर allergy होत असे. म्हणून ते इंजेक्शन पूर्ण डोसमध्ये देण्यापूर्वी त्याची सूक्ष्म मात्रा रुग्णास टोचण्यात येई आणि पुढील अर्ध्या तासात काही allergy न दिसल्यासच मग पूर्ण डोस दिला जाई. त्या अनुषंगाने तोंडाने घ्यायच्या त्याच्या गोळ्यांसाठी संशोधन चालू झाले. १९५२मध्ये पहिले गोळ्यांच्या रुपातले पेनिसिलिन ( Pen-V) उपलब्ध झाले. परंतु इंजेक्शनच्या तुलनेत ते बरेच कमी प्रभावी असल्याचे पुढील काही वर्षांत दिसून आले. संशोधनाच्या पुढील टप्प्यात १९५७मध्ये पेनिसिलिन प्रयोगशाळेत रासायनिक पद्धतीने तयार होऊ लागले.

पेनिसिलिनच्या या मूलभूत शोधापासून प्रेरणा घेऊन त्यानंतर वैद्यकात असंख्य प्रतिजैविकांचा शोध लागला. त्यादृष्टीने हे संशोधन पथदर्शक ठरले. म्हणूनच त्याची ‘नोबेल’साठी निवड झाली. १९४५चे हे पारितोषिक तिघांना विभागून दिलेले आहे हे उचित आहे. त्यामध्ये फ्लेमिंग यांचे प्रथम निरीक्षण आणि अनुमान ही मूलभूत बाब आहे. पण, त्यानंतर १२ वर्षे झटून देखील त्यांना स्वतःला पेनिसिलिन हे शुद्ध औषध स्वरुपात मिळवता आले नव्हते. ते आव्हानात्मक काम चेन आणि फ्लोरे यांनी पार पाडले. या मोठ्या प्रकल्पात Heatley या चौथ्या संशोधकाचे योगदानही मोठे होते. परंतु विज्ञानातील व्यक्तिगत नोबेल हे (सहसा) जास्तीतजास्त तिघांत विभागून दिले जाते. या नियमामुळे Heatley यांच्यावर काहीसा अन्याय झाला खरे. पण त्याची भरपाई पुढे १९९०मध्ये करण्यात आली. तेव्हा Heatley ना ‘ऑक्सफर्ड’ विद्यापीठाने वैद्यकातील पहिली सन्माननीय डॉक्टरेट दिली. अशी पदवी देण्याचा या विद्यापीठाच्या ८०० वर्षांच्या इतिहासातील हा पहिला प्रसंग होता.

पेनिसिलिन हे विशिष्ट जंतूंचा नाश करणारे एक प्रभावी अस्त्र आता डॉक्टरांना मिळाले होते. परंतु त्याचा उठसूठ वापर करणे हितावह होणार नाही हे फ्लेमिंग यांनी तेव्हाच जाणले होते. ‘नोबेल’ स्वीकारतानाच्या त्यांच्या भाषणात ही दूरदृष्टी दिसून आली. प्रतिजैविकाचा वैद्यक व्यवसायात अतिवापर झाल्यास संबंधित जंतूमध्ये जनुकीय बदल होऊ लागतात आणि मग त्यांच्या पुढच्या पिढ्या या औषधाला दाद देइनाश्या होतात, असा महत्वाचा इशारा त्यांनी तेव्हा दिला होता. त्याची प्रचीती त्याच दशकात आली. एक प्रकारचे जंतू पेनिसिलिनला अजिबात दाद देत नव्हते म्हणून त्यांचा सखोल अभ्यास करण्यात आला. तेव्हा असे दिसले की ते जंतू पेनिसिलिनला नष्ट करणारे एन्झाइम (penicillinase) सोडत होते.

पुढील काही दशकांत पेनिसिलिनच्या मूळ रेणूत काही बदल करून अनेक कृत्रिम व सुधारित पेनिसिलिन्स विकसित करण्यात आली. त्यापैकी Ampicillin, Amoxicillin इ. नेहमीची औषधे वाचकांना परिचित असतील. ही औषधे पेनिसिलिनच्या तुलनेत जंतूंच्या अधिक जातींचा नाश करू शकतात.

निसर्गात रोगजंतूंच्या असंख्य जाती आहेत. त्यापैकी अनेक जिवाणूंमुळे आपल्याला आजार होतात. त्यांचा मुकाबला करण्यासाठी अनेक प्रकारच्या प्रतिजैविकांचा शोध कालांतराने लागत गेला. आजच्या घडीला १०० हून अधिक प्रतिजैविके आपल्या औषधांच्या भात्यात आहेत. जंतुसंसर्गाचे योग्य निदान झाल्यावरच त्यांचा वापर करणे अपेक्षित असते. दुर्दैवाने वैद्यकाच्या वाटचालीत तसे घडले नाही. अनेक सामान्य आजारांत फारसा विचार न करता प्रतिजैविके घिसाडघाईने द्यायची वृत्ती या व्यवसायात बळावत गेली. त्यामुळे एखाद्या प्रतिजैविकाला पूर्वी दाद देणारे जीवाणू नंतर ती देइनासे झाले. त्यातून अधिक शक्तिशाली प्रतिजैविकांचा शोध घेत राहावा लागला आणि हे एक प्रकारचे दुष्टचक्र झाले. या औषधांचा बेलगाम वापर हेच त्यामागाचे कारण होते. ही जागतिक समस्या तीव्र झाल्याने अखेर जागतिक आरोग्य संघटनेने वैद्यक व्यावसायिकांना त्याबाबत गंभीर इशारा दिला आहे. हे सर्व चित्र पाहता फ्लेमिंग यांनी १९४५मध्ये पेनिसिलिनचे नोबेल स्वीकारताना दिलेल्या इशाऱ्याची पुन्हा एकवार आठवण होत आहे.
*****************