Tiểu Sử Alexander Fleming: Khám Phá Penicillin & Cuộc Cách Mạng Kháng Sinh

Mở đầu: Đĩa nuôi cấy bị mốc và phát hiện tình cờ vĩ đại nhất lịch sử y học

Một buổi sáng mùa thu ảm đạm ngày 3 tháng 9 năm 1928, bác sĩ vi sinh vật học Alexander Fleming trở lại căn phòng thí nghiệm bừa bộn của mình tại Bệnh viện St Mary ở London sau kỳ nghỉ hè kéo dài cả tháng cùng gia đình ở vùng biển Suffolk. Trên bàn làm việc, hàng chục chiếc đĩa petri nuôi cấy tụ cầu khuẩn (Staphylococcus aureus) bị bỏ quên nằm chồng chất trong một góc tối.

Khi nhặt từng chiếc đĩa lên để nhúng vào chậu thuốc sát trùng chuẩn bị rửa dọn, ánh mắt Fleming bỗng khựng lại ở một chiếc đĩa nắp bị hở. Một bào tử nấm mốc màu xanh lam xám đã rơi vào đĩa từ không khí và phát triển thành một khuẩn lạc nhỏ ở rìa. Nhưng điều làm tim ông đập thình thịch là: xung quanh đám nấm mốc đó, toàn bộ khuẩn lạc vi khuẩn tụ cầu vàng dày đặc bỗng nhiên bị tan rã trong suốt như những giọt nước, tạo thành một vòng vô khuẩn rộng hơn 1 centimet. Thay vì vứt bỏ chiếc đĩa hỏng như bất kỳ người phụ tá nào khác, Fleming thốt lên câu cảm thán nổi tiếng: “Thật kỳ lạ!” (That’s funny!). Khoảnh khắc ấy đã khai sinh ra Penicillin — loại “thần dược” cứu rỗi nhân loại trong thế kỷ 20.

1. Tuổi thơ tại thung lũng Ayrshire và hành trình đến Bệnh viện St Mary

Alexander Fleming sinh ngày 6 tháng 8 năm 1881 tại trang trại Lochfield hẻo lánh gần thị trấn Darvel, thuộc vùng Ayrshire, Scotland. Ông là người con thứ bảy trong một gia đình nông dân nghèo làm nghề chăn thả cừu trên những ngọn đồi lộng gió. Mồ côi cha từ năm 7 tuổi, cậu bé Alec (tên thân mật của ông) lớn lên giữa thiên nhiên hoang dã; chính những năm tháng lội suối, bắt cá và quan sát từng nhành cây ngọn cỏ ở miền quê Scotland đã tôi luyện cho ông một đôi mắt quan sát thực địa cực kỳ tinh nhạy và tính cách điềm tĩnh, ít nói.

Năm 13 tuổi, Fleming theo người anh trai lên London kiếm sống. Ông làm nhân viên văn phòng cho một công ty vận tải biển suốt 4 năm ròng rã, ngày ngày đối mặt với những cuốn sổ hóa đơn khô khan. Năm 1901, khi được thừa kế một món tiền nhỏ 250 bảng Anh từ người chú quá cố, người anh trai Tom (lúc bấy giờ đã là một bác sĩ nhãn khoa) khuyên Alexander nên theo học ngành Y.

Fleming nộp đơn thi tuyển vào Trường Y Bệnh viện St Mary (St Mary’s Hospital Medical School) chỉ vì một lý do vô cùng giản dị: trước đó ông từng tham gia một trận đấu súng ngắn giao hữu với đội bắn súng của trường này! Ông tốt nghiệp Thủ khoa xuất sắc năm 1906 và được Giáo sư Almroth Wright — một chuyên gia miễn dịch học hàng đầu nước Anh — giữ lại làm trợ lý phòng thí nghiệm vi khuẩn học.

2. Nỗi ám ảnh từ Đệ nhất Thế chiến và khám phá Lysozyme (1922)

Bi kịch tại các bệnh viện dã chiến ở Pháp (1914–1918)

Khi Thế chiến thứ nhất bùng nổ, Fleming gia nhập Quân y Hoàng gia Anh với quân hàm Đại úy và được điều động đến bệnh viện dã chiến đặt tại thị trấn Boulogne bên bờ biển Pháp. Tại đây, ông đã chứng kiến cảnh tượng kinh hoàng: hàng vạn binh sĩ trẻ tuổi tử vong không phải vì mảnh đạn pháo trên chiến trường, mà vì vết thương bị nhiễm trùng hoại tử sinh hơi do vi khuẩn đất cát gây ra (nhiễm trùng máu, uốn ván, hoại thư).

Thời bấy giờ, các bác sĩ quân y thường dùng các chất khử trùng mạnh như Axit carbolic (phenol), cồn iốt hoặc thuốc tẩy để rửa vết thương. Bằng những thí nghiệm mô phỏng khéo léo, Fleming chứng minh một sự thật nghiệt ngã: Các hóa chất khử trùng này giết chết các tế bào bạch cầu của cơ thể nhanh hơn nhiều so với việc tiêu diệt vi khuẩn, làm suy kiệt hệ miễn dịch tự nhiên và khiến binh sĩ chết nhanh hơn. Nỗi trăn trở tìm kiếm một chất có khả năng tiêu diệt chọn lọc vi khuẩn mà hoàn toàn vô hại đối với mô sống của con người đã trở thành mục tiêu tối thượng trong suốt cuộc đời Fleming.

Khám phá Enzyme Lysozyme (1922)

Vào mùa đông năm 1921, khi đang bị cảm lạnh nặng, Fleming đã để một giọt nước mũi của chính mình rơi vào đĩa thạch nuôi cấy vi khuẩn. Vài ngày sau, ông kinh ngạc nhận thấy vùng thạch quanh giọt nước mũi hoàn toàn sạch bóng vi khuẩn. Ông tiếp tục thử nghiệm với nước mắt, nước bọt và lòng trắng trứng gà, phát hiện ra một loại enzyme tự nhiên có khả năng hòa tan thành tế bào vi khuẩn. Ông đặt tên cho nó là Lysozyme.

Mặc dù Lysozyme chỉ có tác dụng trên những vi khuẩn vô hại và bất lực trước các vi khuẩn gây bệnh nặng, phát hiện này là bước đệm then chốt khẳng định trực giác của Fleming: Trong tự nhiên tồn tại những hoạt chất sinh học có thể dung nạp hoàn hảo trong cơ thể người để tiêu diệt mầm bệnh.

3. Khoảnh khắc định mệnh tháng 9 năm 1928: Sự ra đời của Penicillin

Trở lại chiếc đĩa thạch bị mốc vào mùa thu năm 1928, Fleming nhận thấy loài nấm mốc lạ xâm nhập từ cửa sổ phòng thí nghiệm là một chủng nấm cực kỳ hiếm mang tên Penicillium notatum (về sau phân loại lại là Penicillium chrysogenum). Loài nấm này đã tiết ra một chất dịch hòa tan vào môi trường thạch xung quanh, phá vỡ màng tế bào của vi khuẩn tụ cầu vàng.

Những thí nghiệm đầu tiên với “Nước cốt nấm” (Mold Juice)

Fleming cẩn thận cấy chủng nấm mốc này vào các bình tam giác chứa nước thịt dinh dưỡng. Sau vài ngày, trên bề mặt dung dịch xuất hiện một lớp màng nấm dày màu xanh lục, tiết ra những giọt dịch vàng óng. Ông lọc lấy dung dịch này và thử nghiệm hoạt tính:

• Ngay cả khi bị pha loãng tới 800 lần, dung dịch nước nấm vẫn ngăn chặn hoàn toàn sự phát triển của vi khuẩn tụ cầu khuẩn, liên cầu khuẩn (Streptococcus), phế cầu khuẩn (Pneumococcus) và vi khuẩn màng não.
• Đặc biệt, khi tiêm dung dịch này vào thỏ và chuột bạch, hoặc nhỏ trực tiếp lên mắt người, nó hoàn toàn không gây độc hại, không làm tổn thương tế bào bạch cầu.

Ngày 7 tháng 3 năm 1929, Fleming chính thức đặt tên cho hoạt chất kháng sinh này là Penicillin. Tháng 6 năm 1929, ông công bố bài báo lịch sử trên tạp chí British Journal of Experimental Pathology mang tựa đề “On the Antibacterial Action of Cultures of a Penicillium, with Special Reference to their Use in the Isolation of B. influenzae”.

4. Tư liệu lịch sử: Đĩa thạch gốc của Fleming năm 1928

Chiếc đĩa thạch gốc này ngày nay được lưu giữ trang trọng như một bảo vật vô giá tại Bảo tàng Khoa học Luân Đôn (Science Museum). Bức ảnh thể hiện rõ ràng ranh giới sinh tử: bên ngoài là thảm vi khuẩn màu vàng đục, còn bên trong là quầng sáng trong veo nơi penicillin thể hiện sức mạnh áp đảo của tự nhiên.

5. Nhóm nghiên cứu Oxford và kỳ tích công nghiệp hóa Penicillin trong Thế chiến II

Mặc dù phát hiện ra Penicillin, bản thân Fleming là một bác sĩ vi sinh chứ không phải một chuyên gia hóa sinh. Penicillin ở dạng thô hòa tan trong nước cực kỳ không bền, dễ bị phân hủy bởi nhiệt độ và axit, khiến ông không thể chiết tách nó thành dạng bột tinh khiết để điều trị trên người.

Bộ ba Oxford: Howard Florey, Ernst Chain và Norman Heatley

Năm 1938, tại Đại học Oxford, nhà bệnh lý học người Úc Howard Florey và nhà hóa sinh gốc Do Thái Ernst Boris Chain vô tình đọc được bài báo cũ của Fleming. Họ quyết định hồi sinh công trình bị lãng quên này. Cùng với kỹ sư hóa sinh tài năng Norman Heatley, họ đã phát minh ra kỹ thuật chiết xuất ngược dòng bằng dung môi hữu cơ ở nhiệt độ thấp và kỹ thuật đông khô (freeze-drying), lần đầu tiên tinh chế thành công vài gram bột penicillin màu nâu vàng.

Tháng 5 năm 1940, thí nghiệm kinh điển trên 8 con chuột bạch bị tiêm liều vi khuẩn gây chết người: 4 con chuột không được dùng thuốc đều chết sau 17 giờ; 4 con chuột được tiêm penicillin đều sống sót khỏe mạnh! Đầu năm 1941, bệnh nhân đầu tiên — viên cảnh sát Albert Alexander bị nhiễm trùng máu thập tử nhất sinh — được tiêm penicillin và tình trạng hồi phục ngoạn mục.

Kỳ tích sản xuất công nghiệp tại Hoa Kỳ

Giữa lúc bom đạn Đức Quốc xã dội xuống nước Anh trong Thế chiến II, Florey và Heatley đã bay sang Hoa Kỳ để tìm kiếm sự hỗ trợ công nghiệp. Tại phòng thí nghiệm Peoria (Illinois), các nhà khoa học Mỹ đã tạo nên những bước đột phá:

• Tìm ra môi trường nuôi cấy siêu năng suất từ nước ngâm ngô phế thải (corn steep liquor).
• Tìm ra chủng nấm mốc đột phá Penicillium chrysogenum ký sinh trên một quả dưa lưới bị mốc ở chợ Peoria, cho sản lượng penicillin cao gấp 1.000 lần so với chủng gốc của Fleming.
• Phát triển các bể lên men sục khí sâu khổng lồ dung tích 30.000 lít.

Đến ngày đổ bộ Normandie (D-Day, 6/6/1944), các nhà máy dược phẩm Hoa Kỳ đã sản xuất đủ 2,3 triệu liều penicillin cung cấp cho toàn bộ quân đội Đồng minh, cứu sống ước tính hơn 100.000 binh sĩ khỏi bị cưa cụt chi và nhiễm trùng huyết.

6. Lời tiên tri thiên tài năm 1945 về Khủng hoảng kháng kháng sinh

Năm 1945, Alexander Fleming cùng với Howard Florey và Ernst Boris Chain được vinh danh bằng Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học. Fleming từ chối đăng ký bằng sáng chế cho Penicillin, hiến tặng phát minh này vô điều kiện cho toàn thể nhân loại.

Trong bài phát biểu nhận giải Nobel lịch sử vào ngày 11 tháng 12 năm 1945, Fleming đã đưa ra một lời cảnh báo mang tính tiên tri làm rúng động lương tri y học:

“Sẽ đến một ngày Penicillin có thể được bất kỳ ai mua tự do tại các cửa hiệu thuốc. Khi đó, mối nguy hiểm lớn nhất là những kẻ thiếu hiểu biết sẽ tự ý dùng không đủ liều, tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với lượng thuốc không đủ để giết chết chúng, từ đó huấn luyện vi khuẩn trở nên kháng thuốc (antibiotic resistance). Rồi sẽ đến lúc, một người bị nhiễm loại vi khuẩn kháng thuốc này sẽ lây lan cho người thân và bạn bè, và cái chết của họ sẽ là tội lỗi trực tiếp của sự lạm dụng thuốc bừa bãi.”

Lời cảnh báo cách đây 80 năm của Fleming ngày hôm nay đã trở thành một trong những mối đe dọa sinh tồn lớn nhất của thế kỷ 21 đối với Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) trước sự bùng phát của các “siêu vi khuẩn kháng thuốc” (superbugs).

7. Di sản bất tử của Alexander Fleming đối với nhân loại thế kỷ 21

Không có phát minh khoa học nào trong lịch sử nhân loại từng trực tiếp cứu sống nhiều sinh mạng như Penicillin của Alexander Fleming:

• Kéo dài tuổi thọ nhân loại: Trước kỷ nguyên kháng sinh, tuổi thọ trung bình toàn cầu chỉ khoảng 47 tuổi; các vết cắt nhỏ do gai cào hay nhổ răng nhiễm trùng đều có thể dẫn tới cái chết. Nhờ có penicillin, tuổi thọ trung bình của nhân loại đã tăng vọt thêm gần 20 năm trong thế kỷ 20.
• Bệ phóng cho Y học hiện đại: Nếu không có kháng sinh bảo vệ, toàn bộ các ca phẫu thuật tim hở, mổ bắt con, ghép tạng, hóa trị liệu ung thư và điều trị trẻ sinh non trong các lồng ấp đều không thể thực hiện vì bệnh nhân sẽ chết vì nhiễm trùng cơ hội.
• Khai sinh ngành công nghiệp dược phẩm sinh học: Penicillin mở đường cho việc phát hiện hàng loạt kháng sinh sau này như Streptomycin (đặc trị bệnh lao), Tetracycline, Erythromycin và Cephalosporin.

8. Niên biểu cuộc đời và cống hiến của Sir Alexander Fleming

9. Câu hỏi thường gặp về Alexander Fleming (FAQ)

Tài liệu tham khảo chính thống