Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

 

ดินระเบิด สงคราม และยาวิเศษ (2)

(ซีรีส์ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทค ตอนที่ 3)

 

“บอกคนงานทุกคนว่าเพนิซิลลินของพวกเขาจะช่วยชีวิตใครบางคนอีกไม่กี่วันข้างหน้า และจะรักษาคนเจ็บไข้อีกหลายคนที่กำลังล้มหมอนนอนเสื่อ จงติดป้ายสโลแกนนี้ที่โรงงาน! จงเขียนประกาศนี้บนซองเงินเดือน! จงปลุกแรงฮึดในทุกคนแม้แต่ลูกจ้างระดับล่างสุดในโรงงานของคุณ”

-Albert Elder, Director of War Production Board (WPB), USA, 1943) [1]

 

ค.ศ.1928 Alexander Fleming แพทย์นักวิจัยชาวสกอตแลนด์จาก St. Mary’s Hospital พบว่าราที่ปนเปื้อนมาบนจานเพาะเชื้อสามารถยับยั้งการเจริญของแบคทีเรียข้างเคียง

รากลุ่ม Penicillium ตัวนี้ต่อมาถูกนำมาผลิต “เพนิซิลลิน (penicillin)” ยาปฏิชีวนะตัวแรกที่ช่วยคนนับล้าน

เรื่องที่เราส่วนมากคุ้นเคยจะจบแค่ตรงนี้ เป็นเรื่องสั้นสอนใจว่าด้วยคุณค่าของความบังเอิญและความช่างสังเกตต่อวงการวิทยาศาสตร์

แต่เรื่องเต็มๆ ของยาเพนิซิลลินทั้งยาว ซับซ้อนและน่าทึ่งกว่านั้นมาก

มันคือเมกะโปรเจ็กต์พลิกโลกยามสงคราม การแข่งขันและระดมสมองของภาครัฐ บริษัทยายักษ์ใหญ่ การเมืองระหว่างประเทศ และอีกหนึ่งก้าวสำคัญของวงการไบโอเทคสมัยใหม่

การค้นพบเพนิซิลลินช่วงแรกไม่ได้รับความสนใจจากเหล่านักวิจัยเท่าไหร่

แม้แต่ Fleming เองก็ยังมองไม่เห็นแนวทางประยุกต์เพื่อการแพทย์ชัดเจน งานตีพิมพ์ชิ้นแรกของเขาเน้นแค่ว่าเพนิซิลลินอาจจะเอาไปใช้แยกเชื้อแบคทีเรียดื้อยา/ไม่ดื้อยา [2]

การสกัดสารออกฤทธิ์จากรานี้ยุ่งยาก แถมตัวสารที่ได้ก็ยังไม่คงทนนัก จะใช้ได้ในร่างกายและปลอดภัยแค่ไหนไม่รู้ [3]

การค้นพบของนี้อยู่ในมุมเงียบของวงการวิชาการมาถึงสิบปีกว่าจะถูกรื้อฟื้นขึ้นมาอีกครั้งโดย Ernst Boris Chain นักเคมีชาวเยอรมัน และ Howard Florey นักพยาธิวิทยาชาวออสเตรเลีย

Chain สะดุดตางานของ Fleming และนำไปหารือกับ Florey ผู้เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาของเขาที่ Oxford

ทีมวิจัยของทั้งคู่เริ่มการสกัดแยกและทดสอบเพนิซิลลินในปี 1939 เพื่อผลิตเพนิซิลลินให้เพียงพอต่อการทดสอบในสัตว์และทางคลินิกทีมวิจัยต้องเพาะเลี้ยงรานี้ถึง 500 กว่าลิตรต่อสัปดาห์ ลองเลี้ยงทั้งในขวดนม กระโถน กระป๋อง อ่างน้ำ ทุกภาชนะที่หาได้กว่าจะพัฒนาระบบเลี้ยงเฉพาะขึ้นมา

ห้องวิจัยที่ Oxford กลายสภาพเป็นโรงงานผลิตเพนิซิลลินเฉพาะกิจแห่งแรกของโลก [1]

ทีมของ Chain และ Florey ตีพิมพ์ผลงานวิจัยในปี 1940 แสดงประสิทธิภาพของเพนิซิลลินในการรักษาโรคปอดบวมจากเชื้อ Streptococcus ในหนูทดลอง

ปี 1941 Albert Alexander นายตำรวจวัย 43 ปี ถูกหนามกุหลาบบาดปากและติดเชื้อ Staphylococcusและ Streptococcus จนอาการทรุดหนักเป็นหนองกระจายทั่วตา ใบหน้าและปอด

เขากลายเป็นผู้ป่วยรายแรกที่ได้รับยาเพนิซิลลินจาก Florey ผ่านการฉีดเข้าเส้นเลือด อาการของ Alexander ดีขึ้นอย่างรวดเร็วภายในไม่กี่วัน

น่าเสียดายว่าหลังจากเพนิซิลลินที่มีอยู่น้อยนิดหมดลง ผู้ป่วยรายนี้ก็กลับทรุดหนักจนเสียชีวิตในที่สุด [4]

ไม่ถึงปีหลังจากนั้น Fleming ได้รับโทรศัพท์ด่วนจากน้องชาย ขอให้ช่วยรักษา Harry Lambert ผู้ช่วยของเขาที่กำลังป่วยใกล้ตายด้วยอาการติดเชื้อ Streptococcal meningitis อย่างรุนแรงในสมอง

Fleming ติดต่อขอเพนิซิลลินจากทีมของ Florey ที่ Oxford หลัง Lambert ได้รับยาฉีดทางไขสันหลังก็อาการดีขึ้นในชั่วข้ามคืน และหายเป็นปกติแค่ในหนึ่งสัปดาห์

เคสปาฏิหาริย์ของ Lambert กลายเป็นข่าวดังไปทั่วอังกฤษ ได้ลงหนังสือพิมพ์ใหญ่อย่าง The Times [5] ผลงานวิจัยฉบับเต็มลงในวารสารการแพทย์ชั้นนำอย่าง The Lancet [6]

ส่วน Fleming ก็ถูกยกย่องเป็นบิดาแห่งยาปฏิชีวนะนับแต่บัดนั้น

เรื่องราวการพัฒนายาปฏิชีวนะเกิดขึ้นในช่วงคาบเกี่ยวระหว่างสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง (1914-1918) และครั้งที่สอง (1939-1945) Fleming เคยเป็นแพทย์ทหารในกองทัพอังกฤษและเริ่มทำงานศึกษาแผลติดเชื้อของทหารในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง [7]

งานค้นพบเพนิซิลลินเกิดช่วง 1920s ในทศวรรษที่โลกสงบลงชั่วคราว และกว่าความสำเร็จของเพนิซิลลินทางการแพทย์จะเป็นที่ประจักษ์ช่วงต้น 1940s โลกก็เข้าสู่มหาสงครามอีกครั้งแล้ว

ฝั่งสหรัฐอเมริกาอุตสาหกรรมการหมักเติบโตขึ้นมากหลังสงครามโลกครั้งแรก ส่วนหนึ่งมาจากความพยายามหากระบวนการผลิตทดแทนวัสดุขาดแคลนยามสงคราม เช่น กรณีของ Pfizer กับกรดซิตริกตามความตอนที่แล้ว [8]

อีกส่วนคือการออกกฎหมายห้ามผลิต นำเข้า ขนส่ง หรือจำหน่ายสุรา (National Prohibition Act) ในสหรัฐอเมริกาช่วง 1920-1933 [9]

ผลกระทบของกฎหมายนี้นอกจากจะนำมาสู่เหล้าเถื่อนและอาชญากรรมแล้ว ยังทำให้อุตสาหกรรมและนักวิจัยด้านการหมักหันมาประยุกต์ใช้องค์ความรู้กับการผลิตสารอื่นๆ นอกจากสุรา

เมื่อสงครามโลกครั้งที่สองมาถึงเกาะอังกฤษ งานผลิตและทดสอบเพนิซิลลินของ Florey ก็ติดขัดอย่างหนัก

มีเรื่องเล่าว่าทีมของ Florey ถึงขนาดต้องกระจายความเสี่ยงด้วยการป้ายสปอร์ราที่แยกไว้ในกระเป๋าเสื้อโค้ตทุกวันก่อนกลับบ้าน เผื่อวันดีคืนดีแล็บจะโดนบอมบ์หายไปโดยนาซีเยอรมัน [10]

ภาวะสงครามยังทำให้ภาคอุตสาหกรรมของอังกฤษไม่เหลือแรงมาช่วยพัฒนาการผลิตเพนิซิลลิน

Florey จึงตัดสินใจเดินทางไปสหรัฐอเมริกาในปี 1941 เพื่อหาพันธมิตรใหม่

เมือง Peoria มลรัฐ Illinois อยู่ใจกลางเขตพื้นที่เกษตรโดยเฉพาะไร่ข้าวโพด ที่นี่เป็นศูนย์กลางการแปรรูปด้วยเทคโนโลยีการหมักของสหรัฐ ทั้งการผลิตเบียร์ การกลั่นวิสกี้ (เมืองนี้ได้สมญานามว่าเป็นเมืองหลวงวิสกี้ของโลก) [11] ไปจนถึงการหมักเชิงอุตสาหกรรมอื่นๆ อย่างการหมัก อะซีโตน/บิวทานอล/เอทานอลด้วย (วิธีของ Weizmann ที่เล่าไปตอนที่แล้ว [8])

ศูนย์วิจัย Northern Regional Research Lab (NRRL) ที่ Peoria ได้รับเป็นเจ้าภาพพัฒนาการผลิตเพนิซิลลินต่อจากของ Florey เทคนิคที่ทีมค้นพบมีตั้งแต่การใช้ซูโครสและน้ำสกัดข้าวโพดในเพื่อกระตุ้นการผลิตเพนิซิลลินในสูตรอาหารเลี้ยง ไปจนถึงการสร้างระบบถังหมักและสายพันธุ์ราใหม่ๆ

วิธีการหมักของทีม Florey ให้ราโตอยู่ได้แค่ที่ผิวถังหมักเท่านั้นเนื่องจากราตัวนี้ต้องหายใจแบบใช้ออกซิเจน (ต่างจากเชื้ออย่าง Clostridium acetobutylicum ของ Weizmann ที่ไม่ใช้ออกซิเจน) วิธีที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าคือเลี้ยงราให้โตได้ทั้งถังด้วยการปั่นเติมออกซิเจนลงไป

แต่ราที่ทีม Florey นำมาผลิตเพนิซิลลินได้นิดเดียวในสภาวะนี้ ทีม NRRL พยายามค้นหาราสายพันธุ์ใหม่ๆ ด้วยการประกาศให้ชาวบ้านร้านตลาดใน Peoria เอาผลไม้ขึ้นรามาบริจาคให้ศูนย์วิจัยได้ทดลองคัดแยก

รา Penicillium ที่โตได้ดีและให้ผลผลิตสูงที่สุดในถังหมักได้จากผลแคนตาลูปขึ้นราที่ใครซักคนเอามาทิ้งไว้ นักข่าวให้ชื่อเล่นบุคคลปริศนานี้ว่า ‘Moldy Mary’ และเรียกราสายพันธุ์นี้ว่า ‘cantaloupe strain’ [12]

ราตัวนี้ถูกปรับปรุงพันธุ์ให้เก่งขึ้นไปอีกผ่านการทำให้กลายด้วยการฉายรังสีโดยทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัย Wisconsin และ Cold Spring Harbor

ขณะเดียวกันบริษัทยาใหญ่หลายแห่งก็เริ่มวิจัยกระบวนการผลิตเพนิซิลลินในช่วงเวลาใกล้เคียงกัน เพื่อยกระดับจากโรงงานต้นแบบสู่การผลิตสเกลอุตสาหกรรม

เพนิซิลลินเริ่มมีมากพอสำหรับการทดสอบทางคลินิกช่วง 1942 ด้วยผลการทดลองที่ดีจนเหลือเชื่อและการที่สหรัฐได้เข้าสู่สงครามโลกครั้งที่สองอย่างเต็มตัวทำให้ทางรัฐบาลมอบหมายให้ War Production Board (WPB) ลงมาดูแลเรื่องการเพิ่มกำลังผลิตเพนิซิลลินเต็มตัวในปี 1943

ทาง WPB คัดเลือกบริษัทเอกชน 21 เจ้าจากเกือบสองร้อยบริษัทมาเข้าร่วมโปรแกรมผลิตเพนิซิลลินรวมทั้งบริษัทยายักษ์ใหญ่อย่าง Pfizer, Merck, Squibb และ Abbott บริษัทเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนทั้งการก่อสร้างโรงงานและวัตถุดิบต่างๆ จากรัฐบาล

ส่วน WPB จะเป็นผู้บริหารจัดการเพนิซิลลินที่ผลิตได้ทั้งหมด [1] การเพิ่มกำลังการผลิตเพนิซิลลินคือพันธกิจสำคัญยิ่งยวดอันดับสองของกระทรวงการสงคราม (War Department) เป็นรองเพียงโครงการระเบิดปรมาณูหรือ Manhattan Project เท่านั้น [13]

Pfizer เป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีการหมักตั้งแต่ตอนทำกรดซิตริกและต่อยอดมาเรื่อยช่วงรอยต่อระหว่างสองสงครามโลก เทคโนโลยีการหมักในถังลึก (deep tank fermentation) ที่พัฒนาโดย Pfizer เป็นอีกกุญแจสำคัญในการขยายสเกลการผลิตเพนิซิลลิน [14]

ปลายปี 1943 Pfizer ซื้อโรงงานน้ำแข็งในนิวยอร์กและเปลี่ยนมันเป็นโรงงานผลิตเพนิซิลลินสเกลอุตสาหกรรมแห่งแรกของโลก

โรงงานแห่งนี้เปิดตัวต้นปี 1944 ประกอบด้วยถังหมักขนาด 7,500 แกลลอน 14 ถัง และสามารถผลิตเพนิซิลลินได้มากถึงห้าเท่าของที่คาดการณ์ไว้

กลางปี 1944 กองทัพสัมพันธมิตรยกพลขึ้นบกที่นอร์มังดี (D-Day ) พร้อมเพนิซิลลินเกินพอจากโรงงานของ Pfizer แห่งนี้

 

ด้วยความช่วยเหลือของ Pfizer และบริษัทยาอื่นๆ ผ่านโครงการของ WPB กำลังการผลิตเพนิซิลลินของสหรัฐกระโดดขึ้น 80 เท่าจากสองหมื่นกว่าล้านหน่วยในปี 1943 เป็นกว่า 1.6 ล้านล้านหน่วยในปี 1944 และขึ้นไปอีกกว่า 4 เท่าเป็น 6.8 ล้านล้านหน่วยในปี 1945

ประสิทธิภาพการผลิตเพิ่มจากแค่ไม่ถึง 1% ในขวดลิตรเป็น 80-90% ในถังหมักขนาดสามหมื่นกว่าลิตร

ด้วยกำลังการผลิตที่เหลือเฟือรัฐบาลสหรัฐจึงยกเลิกข้อจำกัดการขาย เปิดให้ประชาชนซื้อตามร้านขายยาทั่วไปเป็นครั้งแรกของโลก พอถึงปี 1949 กำลังการผลิตขึ้นไปที่กว่า 130 ล้านล้านหน่วย และราคาขายร่วงลงมาจากกว่า 200 เท่าจาก 20 ดอลลาร์เหลือไม่ถึง 10 เซ็นต์ต่อหมื่นหน่วย [1]

สงครามโลกครั้งที่สองจบลงในปี 1945 ด้วยชัยชนะของฝ่ายสัมพันธมิตร

Fleming, Chain และ Florey ได้รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ในปีเดียวกัน [15]

“เพนิซิลลิน” ยาวิเศษที่ผลิตจากการหมักกลายเป็นส่วนหนึ่งในวิถีชีวิตดีๆ ที่เข้าถึงได้ของชนชั้นกลาง

 

สหรัฐอเมริกากลายเป็นผู้นำเทคโนโลยีผลิตยาปฏิชีวนะของโลกภายในไม่กี่ปีหลังจาก Florey มาเยือนพร้อมกับตัวอย่างรา Penicillium ชุดแรก

การถ่ายทอดเทคโนโลยีผลิตเพนิซิลลินสู่ประเทศพันธมิตรโดยเฉพาะในยุโรปกลายเป็นส่วนหนึ่งของแผนอัดฉีดฟื้นฟูเศรษฐกิจอย่าง Marshall Plan [16] เพื่อต่อกรกับสหภาพโซเวียตในช่วงสงครามเย็น

เทคโนโลยีการหมักกลายเป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมยาทั่วโลกหลังจากนั้น

ส่วน Weizmann บิดาแห่งการหมักจากตอนที่แล้วได้รับเลือกให้เป็นประธานาธิบดีคนแรกของ “อิสราเอล” และเป็นผู้วางรากฐานวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมให้ชาติเกิดใหม่ในดินแดนแห่งความขัดแย้งนี้

โลกที่สงบลงอีกครั้งหลังสงครามทำให้เศรษฐกิจโตครั้งใหญ่ เหล่าทหารกลับบ้านลงหลักปักฐานสร้างครอบครัวประชากรโลกพุ่งกระฉูดในยุค 1960 กำเนิดคนรุ่น “baby boomer”

ขณะเดียวกันอุตสาหกรรมน้ำมันก็เติบโตขึ้นมาเป็นโภคภัณฑ์ตัวใหม่

เหตุการณ์ช่วงนี้นำมาสู่คลื่นลูกต่อไปของวงการไบโอเทคว่าด้วยโปรตีนจากเซลล์ที่เลี้ยงในน้ำมันและไบโอเอทานอลผสมปิโตรเลียม

ติดตามตอนต่อไปครับ

อ้างอิง

[1] https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/flemingpenicillin.html

[2] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2041430

[3] https://www.sciencevision.org/issue/44/article/292

[4] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16205132/

[5] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15175996/

[6] https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(00)87452-8/fulltext

[7] https://www.britannica.com/biography/Alexander-Fleming

[8] ** link ไปบทความดินระเบิด สงคราม และยาวิเศษ ภาค-1

[9] https://www.history.com/topics/roaring-twenties/prohibition

[10] https://www.publishersweekly.com/9780805067903

[11] https://www.pjstar.com/story/news/2015/08/29/extra-from-1837-until-1980s/33612752007/

Ken Raper recalls wartime penicillin research

[12] https://www.peoriamagazine.com/article/moldy-mary-or-simple-messenger-girl/

[13] https://www.washingtonpost.com/history/2020/07/11/penicillin-coronavirus-florey-wwii-infection/

[14] https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/penicillin.html

[15] https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1945/summary/

[16] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9783527683321.ch00

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022