用棉籽餅代替玉蜀黍：中國(guó)戰(zhàn)時(shí)青霉素研制歷程
青霉素開(kāi)始在中國(guó)生產(chǎn)是時(shí)代的需求與召喚，也注定了這是一段非同尋常的艱難歷程 | 圖源：pixabay.com 青霉素是人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)的抗生素。1928年英國(guó)細(xì)菌學(xué)教授弗萊明在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)青霉菌具有殺菌作用。1938年，牛津大學(xué)的錢(qián)恩（Sir Ernst Boris Chain）、弗洛里（Howard Walter Florey）及希特利（Norman Heatley）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)成功提煉出青霉素。因此，弗萊明、錢(qián)恩和弗洛里共同獲得了1945年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，美國(guó)大量生產(chǎn)青霉素技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，基本能滿足當(dāng)時(shí)的需求。相形見(jiàn)絀，中國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)青霉素的時(shí)間則要晚得多。 抗日戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，霍亂、鼠疫、斑疹傷寒和回歸熱等流行病正在中國(guó)大地肆虐，人民不僅受到戰(zhàn)爭(zhēng)的摧殘，還要忍受疾病的折磨，一時(shí)生靈涂炭，民不聊生。在這種可怕的環(huán)境下，能夠迅速解決各種感染的青霉素，簡(jiǎn)直算得上天賜之物。可以說(shuō)，青霉素開(kāi)始在中國(guó)生產(chǎn)是時(shí)代的需求與召喚，也注定了這是一段非同尋常的艱難歷程。
撰文 | 瑾巖
責(zé)編 | 王一葦
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昆明： 巨大缺口下第一株國(guó)產(chǎn)青霉菌株誕生
1919年3月，北洋政府在北京天壇內(nèi)西南隅神樂(lè)署辟地（后擴(kuò)展至近百畝），成立了中央防疫處（簡(jiǎn)稱 “中防處”）。這是中國(guó)第一個(gè)由中央政府設(shè)立的國(guó)家衛(wèi)生防疫機(jī)構(gòu)，旨在開(kāi)展有關(guān)血清疫苗的研究和生產(chǎn)，并負(fù)責(zé)全國(guó)范圍內(nèi)的傳染病防治工作。
圖1 童村（左1）、湯飛凡（右1）等在天壇中防處實(shí)驗(yàn)樓門(mén)口留影
隨后的30年間，因時(shí)局動(dòng)蕩和日寇侵華，中防處被迫數(shù)次搬遷。1937年，日本侵占了中國(guó)華東地區(qū)，迫使南京國(guó)民政府遷都重慶，一批政府官員、專(zhuān)業(yè)人士和知識(shí)分子也隨之遷往中國(guó)西部?jī)?nèi)陸。1937年11月20日，中防處遷往長(zhǎng)沙。1938年，湯飛凡受命從上海來(lái)到長(zhǎng)沙準(zhǔn)備重振中防處（不日，任處長(zhǎng)），可戰(zhàn)火日漸逼近。1939年中防處又遷到昆明，一邊暫借昆華醫(yī)院一舊樓內(nèi)過(guò)渡，一邊湯飛凡負(fù)責(zé)在滇池邊之西山腳下的高峣村建造新舍，于1941年啟用。
雖然離開(kāi)了北京、南京、上海相對(duì)設(shè)備齊全的辦公室，但是由于在昆明雇用了許多專(zhuān)家，國(guó)家衛(wèi)生局依然可以繼續(xù)從事生物醫(yī)藥材料的制造工作。由于云南是美國(guó)和盟軍主要活動(dòng)的地點(diǎn)，它的通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)相對(duì)較好，這允許云南的國(guó)家衛(wèi)生局工作人員可以接收到一些來(lái)自西方國(guó)家的青霉素成功治療與開(kāi)發(fā)的消息。
每個(gè)星期，湯飛凡都會(huì)組織大家討論外國(guó)學(xué)術(shù)期刊上的新文章。正是這樣的文獻(xiàn)討論會(huì)，拉開(kāi)了我國(guó)青霉素研制的序幕。1941年秋，細(xì)菌學(xué)家魏曦報(bào)告了英國(guó)牛津大學(xué)弗洛里和錢(qián)恩發(fā)表在《柳葉刀》期刊上發(fā)表的一篇文章 [1]，主要報(bào)道了青霉素的提取、純化和分析。昆明中防處的工作人員受到青霉素成功治療消息的啟發(fā)，尤其是柳葉刀論文的作者認(rèn)為這將有助于盟軍的戰(zhàn)爭(zhēng)努力。中國(guó)研究人員從此開(kāi)始利用業(yè)余時(shí)間研究西南周邊的環(huán)境，以篩選出適合培養(yǎng)的青霉菌。研究人員開(kāi)始了探索，從舊鞋舊衣服，到古董錢(qián)幣，再到地瓜…… 這一尋找就是好幾年。從1941年冬至1944年春，在湯飛凡的帶領(lǐng)下，昆明中防所其他研究人員，包括樊慶笙、魏曦、朱既明、黃有為、盧錦漢等，經(jīng)歷了上百次實(shí)驗(yàn)，直到1944年春天，湯飛凡及其同事終于有了突破，找到了一株含有青霉素的霉菌。對(duì)于這一霉菌的來(lái)源，當(dāng)代說(shuō)法不一。有人說(shuō)是盧錦漢從肉湯中分離出來(lái)的，有人聲稱掃帚上的霉菌產(chǎn)生了11株具有抗菌特性的菌株 [2]。然而，無(wú)論其來(lái)源如何，中防處的工作人員已經(jīng)開(kāi)始尋找培養(yǎng)和純化菌株的方法。
與此同時(shí)，隨著《租借法案》允許青霉素從美國(guó)轉(zhuǎn)移到中國(guó)后，第一個(gè)工業(yè)化生產(chǎn)的青霉素來(lái)到了中國(guó)的病床。該藥物的首次臨床應(yīng)用效果非常好，8-11月重慶市中心醫(yī)院的報(bào)告顯示，33名接受青霉素治療的患者，19人均出現(xiàn)癥狀部分或明顯改善。報(bào)告總結(jié)道：“所有肺炎、慢性骨髓炎和葡萄球菌引起的急性感染病例都對(duì)治療反應(yīng)非常好”。這個(gè)消息令中國(guó)衛(wèi)生行政人員既振奮，又平添了幾分憂愁。因?yàn)?945年的中國(guó)，青霉素缺口高達(dá)6億個(gè)單位，這讓大家極其渴望更加充分的供應(yīng) [3]。
紐約： 青霉素生產(chǎn)技術(shù)對(duì)華轉(zhuǎn)移困難重重
1944夏天對(duì)于推動(dòng)在中國(guó)大陸生產(chǎn)青霉素是一個(gè)決定性時(shí)刻。當(dāng)時(shí)，美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局（由海外華人和美國(guó)人成立于紐約）的工作人員正試圖在中國(guó)建立青霉素生產(chǎn)廠。1944年3月，美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局決定讓來(lái)自中國(guó)的青年細(xì)菌學(xué)家——童村，接受青霉素生產(chǎn)方法的培訓(xùn)，負(fù)責(zé)工廠轉(zhuǎn)移到中國(guó)的工作 [4]。
5月16 日，在美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局的年度董事會(huì)會(huì)議上，生物化學(xué)家、項(xiàng)目咨詢顧問(wèn)諾曼·阿普爾茨韋格（Norman Applezweig）向利益相關(guān)者發(fā)表演講，公布了建立青霉素工廠的計(jì)劃，其間略帶夸張地說(shuō)道，“僅僅提到中國(guó)這個(gè)神奇字眼，就已經(jīng)打開(kāi)了美國(guó)研究科學(xué)家和技術(shù)專(zhuān)家的心扉，我們向中國(guó)發(fā)送的不僅是生產(chǎn)青霉素的方法，而是一項(xiàng)研究和生產(chǎn)抗生素的技術(shù)，其中青霉素是眾多鏈條中的第一環(huán)” [2]。
話雖這么說(shuō)，但是將青霉素生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)移到中國(guó)要面臨的問(wèn)題非常多。在美國(guó)，生產(chǎn)青霉素有兩種方法，瓶裝法生產(chǎn)青霉素在美國(guó)已經(jīng)有些過(guò)時(shí)，水箱法生產(chǎn)則需要太多的專(zhuān)業(yè)設(shè)備和復(fù)雜的維護(hù)，而且這兩種方法都使用了乳糖和玉米漿，但是當(dāng)時(shí)的中國(guó)根本無(wú)法獲得這些產(chǎn)品。湯飛凡及其同事總結(jié)道，“在培養(yǎng)基中添加玉米漿的發(fā)現(xiàn)，能讓青霉素產(chǎn)量提高很多倍，算得上是青霉素工業(yè)生產(chǎn)中里程碑式的發(fā)現(xiàn)。但是，玉米漿是淀粉發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)品，中國(guó)沒(méi)有”。此外，美國(guó)常用的青霉素提取方法依賴于有機(jī)溶劑和活性炭，這些中國(guó)也不具備 [5]。這些問(wèn)題凸顯了戰(zhàn)時(shí)中美之間巨大的研究差距。
“巧婦難為無(wú)米之炊”，戰(zhàn)時(shí)中國(guó)生產(chǎn)青霉素面對(duì)的就是這種窘境。因此，童村建議從瓶裝法開(kāi)始，“如果我們沒(méi)有瓶子，我們可以使用粗瓷器來(lái)代替”。
昆明： 物資極度匱乏下成功提純
1944年夏天，由湯飛凡領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)家衛(wèi)生局高級(jí)專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)（成員包括資深專(zhuān)家黃有為、朱既明和樊慶笙）一起鑒定出了具有抗菌特性的霉菌菌株。但是，他們還沒(méi)有辦法培養(yǎng)青霉素，更不用說(shuō)提取可行的化合物藥物了。
研究人員只能想方設(shè)法，利用現(xiàn)有條件，解決一個(gè)個(gè)難題。為了解決培養(yǎng)基的關(guān)鍵添加劑——玉米漿的缺乏問(wèn)題，他們使用當(dāng)?shù)乜色@得的蔗糖，并結(jié)合從玉米中蒸餾出來(lái)的酒作為替代。此外，使用醋酸戊酯將青霉素提取到水溶液中，并使用沙子和紡絲過(guò)濾來(lái)分離溶劑。然后，將從當(dāng)?shù)靥菑S供應(yīng)商處獲得的木炭添加到溶液中，進(jìn)一步過(guò)濾、干燥，以及用其他化學(xué)方法，產(chǎn)生可用于臨床治療的濃縮青霉素溶液 [2]。
就是這樣一點(diǎn)點(diǎn)尋找替代方法，終于1944年9月5日，通過(guò)液面培養(yǎng)法（液體培養(yǎng)基），研制出了中國(guó)第一批青霉素，一共5瓶（5萬(wàn)單位/瓶）。隨后，兩瓶青霉素被發(fā)往了重慶，牛津的諾曼·希特利教授和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校各分得一瓶，美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局保留了最后一瓶。經(jīng)牛津大學(xué)和威斯康星大學(xué)的分析證實(shí)，中國(guó)生產(chǎn)的青霉素每毫克含有177單位的青霉素。這是一項(xiàng)振奮人心的成果，在受到了極大地鼓舞后，研究人員馬不停蹄地生產(chǎn)下一批青霉素。第二批青霉素首先被送到當(dāng)?shù)氐幕莸後t(yī)院，姚漢平醫(yī)生將其用在了病人身上，奄奄一息的病人奇跡般地好轉(zhuǎn)了 [2]。
圖2 中防處慶祝同盟國(guó)勝利大會(huì)全體職員合影 | 攝于1945年9月2日昆明中防處大樓前，正值中國(guó)首批青霉素誕生之際。
戰(zhàn)時(shí)物質(zhì)稀缺，形勢(shì)復(fù)雜，中國(guó)制造要在夾縫中摸索與求生，這一成果無(wú)疑讓研究人員看到了一絲絲推動(dòng)青霉素生產(chǎn)的希望。湯飛凡及其同事將這一成果發(fā)表在了在1945年的《中華醫(yī)學(xué)雜志》的封面故事上，文章主要講述了由于戰(zhàn)時(shí)國(guó)內(nèi)設(shè)施簡(jiǎn)陋和缺乏可用設(shè)備，實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)過(guò)程中所面臨的巨大挑戰(zhàn) [6]。例如，戰(zhàn)時(shí)中國(guó)連基本的密封器皿都沒(méi)有，因此將青霉素發(fā)往國(guó)外進(jìn)行化驗(yàn)，要比在中國(guó)要容易得多。雖然該團(tuán)隊(duì)完成了臨床試驗(yàn)，但在其初步報(bào)告中警告道，“人體試驗(yàn)的劑量完全是任意的，一般來(lái)說(shuō)給藥劑量太低，就無(wú)法進(jìn)行任何臨床判斷”。因此，他們的試驗(yàn)只證明了開(kāi)發(fā)的青霉素可以用于治療。
從紐約到昆明，從昆明到北京： 動(dòng)蕩中規(guī)模生產(chǎn)初具雛形
在日本投降后，鑒于昆明的事態(tài)發(fā)展，美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局尚不清楚如何實(shí)現(xiàn)阿普爾茨韋格等人的最初設(shè)想——徹底的青霉素技術(shù)轉(zhuǎn)移。在1944年9月的會(huì)議上，美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局得出結(jié)論，“試點(diǎn)工廠不再可行，應(yīng)該支持正在中國(guó)生產(chǎn)青霉素的唐先生，為他們購(gòu)買(mǎi)了設(shè)備，并盡快將童村博士送回中國(guó)，以幫助青霉素的生產(chǎn)”。此后，美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局向國(guó)家衛(wèi)生局提供了1874.5萬(wàn)美元，以支持建立青霉素工廠。
另一面，童村博士正計(jì)劃著回國(guó)。在橫渡太平洋之前，他會(huì)在賓夕法尼亞州立大學(xué)花上兩周時(shí)間，研究從培養(yǎng)物中提取青霉素的方法，然后在皮奧里亞實(shí)驗(yàn)室花一個(gè)月時(shí)間學(xué)習(xí)更多關(guān)于罐法培養(yǎng)青霉素的知識(shí)。最后，他會(huì)在禮來(lái)（Eli Lilly）和施貴寶（Squibb）的工業(yè)實(shí)驗(yàn)室呆上兩周。此外，童村請(qǐng)求美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局提供生產(chǎn)青霉素的材料，以及更多的財(cái)政支持?！拔覀冎袊?guó)人會(huì)支持這項(xiàng)工作的，無(wú)論是在戰(zhàn)爭(zhēng)，還是在和平年代”，童村如是說(shuō)。
1945年1月，中央防疫處改稱中央防疫實(shí)驗(yàn)處。日本投降后的1946年6月，昆明的中防處奉命遷回北平天壇舊址，處長(zhǎng)湯飛凡主持 “復(fù)員” 建設(shè)，組織設(shè)立了抗生素研究室并建造青霉素制造室，邀請(qǐng)童村任技師、馬譽(yù)澂任副技師，劉璞、黃大馪、徐尚志為技術(shù)員，還有專(zhuān)員李連盛和技術(shù)生王茂林、王正華等。在多方的推動(dòng)下，中國(guó)抗生素生產(chǎn)事業(yè)正在逐步推進(jìn)。
圖3 馬譽(yù)澂（左）和童村正在做青霉素提煉工藝的試驗(yàn)（約1947年秋冬）
第二次中日戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，社會(huì)和政治環(huán)境飛速變化，內(nèi)戰(zhàn)的動(dòng)蕩正在迅速席卷北京，越來(lái)越多的工作人員選擇離開(kāi)中防處，甚至離開(kāi)中國(guó)。盡管在這種形勢(shì)下，青霉素工廠沒(méi)有遷移。1947年元旦，中防處青霉素制造實(shí)驗(yàn)室落成。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室較為完備，安裝了美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局捐贈(zèng)的發(fā)酵、提煉以及冷凍、真空干燥等設(shè)備，做實(shí)驗(yàn)和研究都較此前方便了很多。這是中國(guó)當(dāng)時(shí)僅有的抗生素生產(chǎn)設(shè)備，規(guī)模相當(dāng)于一個(gè)示范廠或中試車(chē)間。童村、馬譽(yù)澂等立即調(diào)試了設(shè)備，并且很快投入了生產(chǎn)，但青霉素的效價(jià)只有100單位/毫升。另外，發(fā)酵用的培養(yǎng)基是一種專(zhuān)用的玉蜀黍浸出液（制備淀粉和葡萄糖的副產(chǎn)品，玉蜀黍即玉米），我國(guó)沒(méi)有生產(chǎn)，只能依靠美國(guó)進(jìn)口，“僅運(yùn)費(fèi)一項(xiàng)就十分可觀，加之外匯申請(qǐng)困難，運(yùn)輸時(shí)間曠日持久，非常耽誤事”。為此，湯飛凡、童村、馬譽(yù)澂等積極尋找替代品，先后試驗(yàn)過(guò)豆類(lèi)等富含蛋白質(zhì)的農(nóng)作物浸劑，但效果不理想，“遍查文獻(xiàn)，也未發(fā)現(xiàn)與進(jìn)口玉蜀黍媲美者” [7]。
此時(shí)，童村提出用棉仔餅替代美國(guó)進(jìn)口玉蜀黍酶化物，結(jié)果非常不錯(cuò)，青霉素效價(jià)增至400單位/毫升。此外，他們又對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和工藝作了改進(jìn)和調(diào)整，如改裝培養(yǎng)罐、加快攪拌器的速度等。經(jīng)進(jìn)一步研究，他們?cè)谂囵B(yǎng)基中加入甲苯醋酸（苯乙酸），產(chǎn)量進(jìn)一步提高，效價(jià)最終達(dá)到750單位/毫升，每周產(chǎn)500-1000瓶的青霉素（10萬(wàn)單位/瓶）。其后，青霉素制造室擴(kuò)大了干燥箱，啟用了自動(dòng)分裝器，加裝了較大的冷藏室 [7]。
署名中防所童村、馬譽(yù)澂、湯飛凡的 “棉籽餅酶化物與青霉素之制造” 研究論文，后發(fā)表在1950年5月出版的《中華新醫(yī)學(xué)報(bào)》上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1948年中防處共生產(chǎn)20萬(wàn)單位/瓶的青霉素11338瓶，售出10143瓶，不僅補(bǔ)貼了研制經(jīng)費(fèi)，更是惠及了病患 [9]。像京津滬等地的醫(yī)院，尤其是北京協(xié)和醫(yī)院，從此便有機(jī)會(huì)獲得實(shí)用化的國(guó)產(chǎn)青霉素。
圖4 湯飛凡向國(guó)民政府衛(wèi)生部長(zhǎng)劉瑞恒介紹國(guó)產(chǎn)青霉素產(chǎn)品 | 圖源：天壇中央防疫處
然而，天壇廠僅僅是中國(guó)抗生素工業(yè)的一個(gè)開(kāi)始。新中國(guó)成立后，大量研究人員紛紛投入到抗生素的生產(chǎn)研究中，涌現(xiàn)了很多津津樂(lè)道的創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)與改進(jìn)，為中國(guó)抗生素生產(chǎn)開(kāi)辟了新天地。
結(jié) 語(yǔ)
1949 年中華人民共和國(guó)成立后，湯飛凡、童村和一些其他研究人員選擇留在了中國(guó)。中防處更名為中央生物制品研究所，繼續(xù)監(jiān)督全國(guó)多種生物制品的生產(chǎn)。湯飛凡繼續(xù)在這里工作，并且恢復(fù)了戰(zhàn)前對(duì)沙眼的研究。1957年，湯飛凡鑒定、分離和培養(yǎng)了沙眼衣原體細(xì)菌，成為第一位成功確定沙眼病因的科學(xué)家，一時(shí)聲名鵲起 [10]。樊慶笙也贏得了農(nóng)業(yè)微生物學(xué)專(zhuān)家的贊譽(yù)，特別是在促進(jìn)中國(guó)食用和藥用蘑菇的種植方面，他在南京農(nóng)學(xué)院度過(guò)了輝煌的教學(xué)生涯 [11]。1949年12月17日，馬譽(yù)澂發(fā)明了青霉素的結(jié)晶方法。1950年初，馬譽(yù)澂等進(jìn)行了中試放大，生產(chǎn)出了中國(guó)第一批結(jié)晶青霉素鉀針劑，沖破了美國(guó)等的技術(shù)封鎖，受到中央人民政府衛(wèi)生部的嘉獎(jiǎng)。童村先生則在上海多家醫(yī)藥制造單位工作，徜徉在學(xué)術(shù)界與工業(yè)界之間 [2]。在推動(dòng)中國(guó)生產(chǎn)青霉素的過(guò)程中，童村內(nèi)心一直如履薄冰，擔(dān)憂不能完成從美國(guó)轉(zhuǎn)移中試工廠的任務(wù)，而受到國(guó)人的指責(zé)。今天，后人追思童村先生，通常認(rèn)為是他的努力奠定了當(dāng)代中國(guó)抗生素企業(yè)的基礎(chǔ)。
青霉素在中國(guó)成為一種治療藥物是一件了不起的事情。在絕望的戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，一群研究人員依靠他們的智慧和獨(dú)創(chuàng)性生產(chǎn)救命藥——青霉素。在這個(gè)過(guò)程中，中防處和美國(guó)對(duì)華醫(yī)療援助局的研究人員，都做出了突出貢獻(xiàn)。不可否認(rèn)的是，青霉素制造所需的技術(shù)、材料和人力資源在許多不同的時(shí)間點(diǎn)，以多種不同的形式從美國(guó)輸送到中國(guó)?？梢哉f(shuō)，在美國(guó)或直接或間接的帶動(dòng)下，中國(guó)的抗生素工業(yè)孕育而生，實(shí)現(xiàn)了艱難的起步。
同時(shí)，不可爭(zhēng)辯的事實(shí)是，在中國(guó)內(nèi)地?cái)?shù)百萬(wàn)人日常生活物質(zhì)匱乏，以及災(zāi)難的戰(zhàn)時(shí)條件下，中防處的研究人員首先成功開(kāi)發(fā)了生產(chǎn)少量青霉素的方法，他們?yōu)榻鉀Q我國(guó)戰(zhàn)時(shí)青霉素的生產(chǎn)作出了突出的貢獻(xiàn)，為青霉素在中國(guó)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)藥物發(fā)展的新時(shí)代。和平年代，戰(zhàn)爭(zhēng)的硝煙褪去，中國(guó)青霉素生產(chǎn)歷程已經(jīng)成為歷史，但是我國(guó)第一代抗生素探索隊(duì)伍自力更生，艱苦創(chuàng)業(yè)的精神永遠(yuǎn)在時(shí)代的長(zhǎng)河中熠熠生輝，任何時(shí)候提起都永不過(guò)時(shí)，為新時(shí)代的我們樹(shù)立了崇高典范和時(shí)代榜樣，時(shí)刻激勵(lì)和鞭策著我們獨(dú)立自主，自力更生，自主創(chuàng)新的科研之路。
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