Alexander Fleming Kì 1: Từ cậu bé vùng nông thôn đến nhà khoa học nhìn thấy ‘phép màu’
Không xuất thân từ gia đình có truyền thống khoa học, Alexander Fleming lớn lên tại một trang trại ở Scotland trước khi bước vào ngành y. Chiếc đĩa nuôi cấy bị nhiễm mốc sau đó đã đưa ông đến phát hiện làm thay đổi lịch sử y học: Penicillin.
Alexander Fleming sinh ngày 6/8/1881 tại trang trại Lochfield gần thị trấn Darvel, vùng Ayrshire, Scotland trong một gia đình làm nông.
Điều đáng chú ý là Fleming từng có thời gian làm việc trong văn phòng vận tải biển ở London (thủ đô Anh) trước khi chuyển hẳn sang ngành y. Sau khi rời trường phổ thông, ông có khoảng bốn năm làm việc tại một văn phòng vận tải biển ở London, rồi quyết định theo học y khoa tại Trường Y Bệnh viện St Mary’s (gọi tắt là St Mary’s).
Năm 1906, sau khi tốt nghiệp với thành tích xuất sắc, Fleming ở lại St Mary’s và bắt đầu nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của Sir Almroth Wright, một trong những nhà tiên phong về liệu pháp vắc xin. Tại đây, Fleming dần dành sự quan tâm đặc biệt cho vi khuẩn, hệ miễn dịch và cách cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh. Ông gắn bó với St Mary’s trong gần như toàn bộ sự nghiệp khoa học của mình.
Song trước khi trở thành nhà khoa học làm thay đổi lịch sử y học, Fleming đã trải qua một bước ngoặt lớn khác trong Thế chiến thứ nhất. Trải nghiệm tại các bệnh viện quân y ở Pháp đã khiến ông tận mắt chứng kiến những người lính sống sót sau các vết thương nghiêm trọng nhưng lại tử vong vì nhiễm trùng. Chính những trải nghiệm ấy đã ảnh hưởng sâu sắc đến cách Fleming nhìn nhận cuộc chiến giữa con người và vi khuẩn.
Chiến trường và câu hỏi về sự sống còn của vi khuẩn
Khi Thế chiến thứ nhất nổ ra năm 1914, Fleming phục vụ trong Quân đoàn Quân y Hoàng gia Anh với cấp bậc đại úy. Ông làm việc tại các bệnh viện quân y ở Pháp và nghiên cứu những vấn đề liên quan đến nhiễm trùng vết thương.
Chiến trường đã đưa Fleming đến gần một thực tế mà phòng thí nghiệm không thể mô tả đầy đủ. Tại các bệnh viện quân y ở Pháp, ông chứng kiến nhiều binh sĩ sống sót sau những vết thương nghiêm trọng nhưng sau đó tử vong vì nhiễm trùng. Khi vi khuẩn xâm nhập vào mô, tình trạng bệnh có thể trở nên không thể kiểm soát.
Trải nghiệm này góp phần định hình mối quan tâm lâu dài của Fleming với vi khuẩn và các phương pháp chống nhiễm trùng. Làm thế nào để tiêu diệt vi khuẩn nhưng không đồng thời phá hủy các mô của con người?
Câu hỏi ấy đặc biệt quan trọng bởi những phương pháp sát trùng thời đó không phải lúc nào cũng giải quyết được vấn đề. Một chất có thể tiêu diệt vi khuẩn trên bề mặt nhưng đôi khi không tiếp cận vi khuẩn ở sâu trong mô, trong khi việc sử dụng quá mạnh một số chất sát trùng có thể gây tổn thương cho chính cơ thể.
Fleming trở lại St Mary’s năm 1918 sau khi chiến tranh kết thúc. Những gì Fleming chứng kiến trong chiến tranh vẫn nằm trong tư duy nghiên cứu của ông. Và rồi một phát hiện nhỏ xuất hiện trước khi penicillin ra đời.
Lysozyme và bài học về khả năng phòng vệ tự nhiên
Năm 1921, Fleming phát hiện lysozyme - một enzyme có khả năng ức chế hoặc phá hủy một số loại vi khuẩn. Phát hiện này cho thấy ông đã quan tâm từ lâu đến những chất tự nhiên có khả năng chống lại vi khuẩn.
Lysozyme không trở thành “thuốc thần kì” như penicillin sau này, nhưng có ý nghĩa lớn với sự phát triển tư duy khoa học của Fleming.
Ông nhận ra rằng cơ thể con người vốn đã sở hữu những cơ chế hóa học có thể chống lại vi sinh vật. Cuộc chiến với vi khuẩn không chỉ diễn ra bằng dao mổ, chất sát trùng hay các biện pháp cơ học, mà còn diễn ra ở cấp độ hóa học và sinh học.
Từ đó, Fleming bắt đầu đặt ra một câu hỏi: Liệu trong tự nhiên còn có những chất khác có thể tiêu diệt hoặc ngăn vi khuẩn phát triển? Năm 1928, ông tìm được câu trả lời, nhưng theo một cách hoàn toàn tình cờ, không ai có thể đoán trước.
Một chiếc đĩa nuôi cấy bị nhiễm mốc
Năm 1928, khi đang nghiên cứu tụ cầu khuẩn tại St Mary’s, Alexander Fleming nhận thấy một đĩa nuôi cấy vi khuẩn đã xuất hiện nấm mốc. Điều khiến ông chú ý là xung quanh nấm mốc có một vùng trong suốt, nơi vi khuẩn không thể phát triển.
Với nhiều nhà nghiên cứu, một đĩa nuôi cấy bị nhiễm mốc có thể chỉ là thí nghiệm hỏng, nhưng Fleming lại nhận ra đây có thể là dấu hiệu của hiện tượng quan trọng. Ông nhận ra nấm mốc tạo ra một chất có thể khuếch tán vào môi trường và ức chế sự phát triển của một số loại vi khuẩn. Vì nấm mốc thuộc chi Penicillium, Fleming đặt tên chất này là penicillin.
Sự xuất hiện của nấm mốc là tình cờ, nhưng việc Fleming nhận ra ý nghĩa của hiện tượng ấy không đơn thuần là may mắn. Ông có đủ kiến thức về vi khuẩn, kinh nghiệm nghiên cứu và sự nhạy bén để nhận ra rằng đĩa nuôi cấy tưởng như bị hỏng có thể đang chứa một phát hiện quan trọng. Theo tư liệu của Giải Nobel, điều làm nên sự đặc biệt của Fleming là ông chú ý đến một hiện tượng mà người khác có thể dễ dàng bỏ qua.
Chưa thể biến penicillin thành thuốc
Đây là phần thường bị bỏ qua khi câu chuyện được kể quá ngắn. Sau khi phát hiện penicillin, Fleming không lập tức có trong tay một loại thuốc có thể điều trị bệnh nhân.
Ngược lại, penicillin là một chất khó xử lí và rất không ổn định. Những nỗ lực ban đầu nhằm tách và tinh chế chất này gặp nhiều khó khăn. Vì vậy, trong nhiều năm sau đó, việc nghiên cứu chất này gần như không có bước tiến đáng kể. Đại học Oxford (Anh) cho biết chính tính không ổn định của penicillin là một trong những nguyên nhân khiến việc phát triển nó thành thuốc gặp nhiều khó khăn.
Nói đơn giản, Fleming đã tìm thấy một chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, nhưng chưa biết cách biến chất đó thành một loại thuốc an toàn và hiệu quả để điều trị cho con người.
Khoảng cách từ một phát hiện trong phòng thí nghiệm đến loại thuốc có thể cứu người là rất lớn. Để biến phát hiện của Fleming thành thuốc, cần đến một nhóm nhà khoa học khác và hơn một thập niên nghiên cứu tiếp theo.
Năm 1939, tại Đại học Oxford, hai nhà khoa học Howard Florey và Ernst Chain bắt đầu nghiên cứu penicillin một cách có hệ thống. Nhà khoa học Norman Heatley đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật liên quan đến nuôi cấy, chiết xuất và thu hồi penicillin.
Từ đây, câu chuyện không còn là phát hiện của riêng Fleming, mà trở thành công trình khoa học tập thể. Trong đó, mỗi nhà nghiên cứu góp một phần để biến thứ từng xuất hiện tình cờ trên đĩa nuôi cấy thành loại thuốc mở ra kỉ nguyên kháng sinh.
Một phát hiện có thể thay đổi cả nền y học
Năm 1945, Alexander Fleming, Howard Florey và Ernst Chain cùng được trao Nobel Sinh lý học hoặc Y học “vì phát hiện penicillin và tác dụng chữa bệnh của nó trong nhiều bệnh nhiễm trùng”. Mỗi người nhận một phần ba giải thưởng.
Việc cả ba cùng nhận Nobel cho thấy penicillin không phải thành quả của riêng một nhà khoa học. Fleming là người phát hiện nấm mốc tạo ra chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn và đặt tên cho chất đó là penicillin. Hơn một thập niên sau, Howard Florey và Ernst Chain cùng các cộng sự tại Đại học Oxford tìm cách sản xuất penicillin tinh khiết hơn, nghiên cứu tác dụng của nó và từng bước biến phát hiện ban đầu thành một phương pháp điều trị thực tế.
Trong quá trình đó, Norman Heatley đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết những vấn đề kỹ thuật, đặc biệt là nuôi cấy và thu hồi penicillin. Điều đáng tiếc là Norman Heatley không được trao Nobel năm 1945, dù đóng góp của ông với quá trình phát triển penicillin rất quan trọng. Đại học Oxford thậm chí từng gọi ông là “nhân vật bị lãng quên” của nhóm.
Khi chiến tranh khiến nhu cầu về thuốc tăng vọt, Howard Florey và Norman Heatley còn sang Mỹ để tìm kiếm sự hỗ trợ nhằm đưa penicillin lên quy mô sản xuất lớn.
Vì thế, lịch sử penicillin không chỉ là câu chuyện về một phát hiện tình cờ. Fleming đã mở cánh cửa, nhưng để penicillin bước ra khỏi phòng thí nghiệm và trở thành loại thuốc cứu sống hàng triệu người, cần đến công sức của rất nhiều nhà khoa học ở nhiều nơi.
Từ Alexander Fleming nhìn về Việt Nam
Gần một thế kỉ sau, câu chuyện ấy vẫn có ý nghĩa trực tiếp với Việt Nam.
Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cho biết Việt Nam phải đối mặt với mối đe dọa ngày càng tăng của kháng kháng sinh do việc sử dụng thuốc không hợp lí trong hệ thống y tế, cộng đồng, chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản. WHO cũng dẫn bằng chứng cho thấy nhiều nhà thuốc được khảo sát bán kháng sinh không cần đơn, dù điều này bị pháp luật Việt Nam cấm.
Điều đó tạo ra một nghịch lý đáng suy nghĩ. Phát hiện của Fleming giúp con người có thêm một vũ khí mạnh mẽ chống lại vi khuẩn. Song càng sử dụng kháng sinh rộng rãi, con người càng phải đối mặt với khả năng vi khuẩn thích nghi và kháng thuốc.
Fleming đã sớm cảnh báo về nguy cơ vi khuẩn kháng thuốc. Vì thế, di sản của ông không chỉ thuộc về lịch sử mà vẫn gắn chặt với một trong những thách thức lớn của y học hiện đại.
WHO cho biết khoảng 1 trong 6 ca nhiễm khuẩn được xác nhận bằng xét nghiệm trên toàn cầu trong năm 2023 có khả năng kháng kháng sinh.
Nếu penicillin đại diện cho một trong những thắng lợi lớn nhất của con người trước bệnh nhiễm trùng, thì kháng kháng sinh là lời nhắc rằng chiến thắng ấy không bao giờ tuyệt đối.
* Mời bạn đón đọc Kỳ 2: Cuộc chiến biến phát hiện của Fleming thành penicillin, mở ra kỉ nguyên kháng sinh