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錢恩與弗洛里:青黴素的工業化量產#

牛津:一個被流放的化學家與一個澳洲病理學家#

1938 年,牛津大學鄧恩病理學院(Dunn School of Pathology)院長霍華德・弗洛里(Howard Florey)在翻檢文獻時重讀了弗萊明 1929 年那篇沉睡十年的論文。弗洛里是派駐英國的澳洲人,冷靜、講究效率、有一種近乎軍事化的組織感;他的搭檔恩斯特・錢恩(Ernst Chain)則是逃離納粹德國的猶太裔生化學家,在希特勒掌控政權趕出科學家的年代裡被英國「撿走」——英國的制度一時的人道,日後換回了無法估價的回報。錢恩讀到論文的反應是狂熱:他一眼看出 penicillin 是化學問題,而化學是他在柏林弗里德里希・威廉大學受過的訓練。

弗洛里從洛克菲勒基金會與英國醫學研究委員會(MRC)爭取到小額經費,組成一個「有點像小型工廠」的團隊:錢恩負責化學,弗洛里統籌生物學測試,另有一位從未見於教科書的英雄——諾曼・希特利(Norman Heatley),一個動手能力驚人的年輕哲學博士。

希特利的技術魔法#

純化過程碰到的第一堵牆是萃取:penicillin 是弱酸,只溶於有機溶劑、卻熱穩定極差。錢恩想出了 pH 搖擺萃取法——把發酵液酸化後以乙醚萃取,趁溶劑尚未蒸發前轉回水相,整個過程必須在冷室中以秒計進行。但大量發酵液與少量溶劑如何接觸成為瓶頸,希特利靈機一動,設計了逆流萃取裝置(countercurrent extraction apparatus),以玻璃管與陶瓷件拼出連續萃取的雛形;他又造了一台「藍玻璃烘箱」(以藍色玻璃阻擋紫外線),用低溫真空乾燥把不穩定的產物凍乾成棕色粉末。1940 年 5 月 25 日,團隊以純化後的粉末感染八隻鏈球菌小鼠,次日四隻已注射 penicillin 的小鼠全部存活、對照四隻全數死亡——弗洛里在走廊上對錢恩說了句著名的:「這結果太驚人了('It looks like a miracle')。」

第一個病人:警察亞歷山大#

1941 年 2 月,43 歲的牛津警察阿爾伯特・亞歷山大(Albert Alexander)因修剪玫瑰花叢抓傷嘴角,感染釀成眼部與肺部的敗血症,已瀕臨死亡。2 月 12 日首度注射,奇蹟發生:24 小時內體溫下降、膿瘍消退。但全英國的 penicillin 產量,抵不上他一個療程——牛津的量產是騰空的醫院病床裡架起培養瓶,「浴室尿缸工廠」(bedpans and bathtubs)地說明其荒謬。藥在第五天告罄,亞歷山大病情復發、當月死亡。更殘忍的細節是:penicillin 幾乎全部由腎臟快速排出,團隊只有回收亞歷山大的尿液、再萃取回來投回體內——「從病人尿中回收救命之藥」成為史上最尖銳的量產警鐘。下一個病人的命運一樣懸在「再多一點產能」這一個工程問題上。

跨越大西洋:玉米漿與甜瓜上的黴#

弗洛里判斷:英國在被轟炸、被圍困的 1941 年不可能量產。他與希特利帶著一撮產孢的表面培養飛往美國——老式護照上一行模糊的技術描述,成為西半球改變歷史的祕密。他們拜訪華盛頓的農業部(USDA),被引介到伊利諾州皮奧里亞的北方地區研究實驗室(Northern Regional Research Laboratory)。那裡的工程師正推動玉米漿(corn steep liquor,玉米澱粉工業的副產物)作為發酵培養基——深層培養(submerged fermentation)取代牛津的表面培養,產量躍升百倍。再下一步是菌種:1943 年,皮奧里亞的實驗室發起全國「找黴」徵集,最後的冠軍竟來自伊利諾州皮奧里亞一家水果市場上的一顆哈密瓜(cantaloupe)——那株 Penicillium chrysogenum 經 X 射線誘變的突變株,把每毫升產量從個位數單位拉到上千。

這整套擴散是制度、戰爭與經濟的合謀:美國戰爭生產委員會(WPB)1943 年協調二十餘家藥廠(輝瑞、默克、施貴寶等)共享菌種與製程,把競爭者變成伙伴。到 1944 年 6 月諾曼第登陸(D-Day),盟軍已備妥約二百萬劑盤尼西林,用於傷兵的分批投藥——過去傷口感染死亡率近八成的創傷,降到個位數。戰後產能釋放到民間,一夜之間,淋病、肺炎、產褥熱從死刑變成門診。美國政府本可在戰時把 penicillin 專利化收費,最終選擇讓抗生物質開放競爭;相對地,牛津團隊在戰爭結束前把關鍵知識交給美國人,是出於戰爭倫理,卻也讓英國戰後為授權費付出數千萬美元的懊悔——科技與制度的張力,以貨幣形式遺留下來。

1945:三人共享的諾貝爾獎#

1945 年諾貝爾生理學或醫學獎授予弗萊明、錢恩與弗洛里三人——希特利不在名單上(諾獎原則上一年一獎最多三人),成為科學史上最著名的遺珠。弗萊明在最後的演說以他一貫的低調收尾:

「我沒有發明盤尼西林,是自然發明了它;我只是無意間發現了它。」

希特利一生未獲諾獎,直至 1990 年(九十歲高齡)牛津才授予他英國醫學史上第一個名譽醫學博士學位。青黴素真正的遺產,是三種精神的接力:弗萊明的「看見異常」,弗洛里團隊的「追問能否做成」,美國戰爭機器的「問能否做一百萬份」。Serendipity 只是開端,值得諾獎的意外,得靠整個文明的回應。