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| 圖片來源: Britannica |
今次史丹福想介紹一下支援諾曼第登陸的青黴素（penicillin，又譯盤尼西林）生產計劃。
眾所周知，青黴素是一種抗生素，可以用於對抗細菌感染。戰爭期間，傷兵的傷口很容易受細菌感染，而抗生素可以大大降低傷口感染引起死亡的機會。
青黴素在1928年被弗萊明（Alexander Fleming）發現。不過到了1941年，科學家才首次提煉出足夠的青黴素以用作人體臨床實驗。1942年尾，全美國所製造出的青黴素只足夠100人使用。到了1944年諾曼第登陸的作戰前夕，美國卻竟然製造了230萬劑盤尼西林。究竟美國的青黴素產量是如何達成這個如鴻溝般的巨大增幅呢？讓我們重頭開始說起。
大家可能都對弗萊明發現青黴素的故事耳熟能詳。1928年，弗萊明進行有關金黃色葡萄球菌的實驗，他在實驗室裡用洋菜膠培養這種細菌。他之後放假並離開了實驗室兩個星期，當放完假再觀察培養皿時，發現長滿細菌的培養皿有個角落長了一塊黴菌，周圍卻沒有細菌生長，他認為這可能是因為黴菌可以產生具殺菌作用的物質。他把這種物質稱為青黴素。但值得留意的是，弗萊明之後嘗試繼續研究，但他始終無法提煉單純的青黴素。也就是說，弗萊明的發現雖然是基礎科學上的重大突破，但卻並未能立即應用到臨床醫學中。
1935年，英國牛津大學的科學家錢恩（Ernst Boris Chain）、弗洛里（Howard Florey）及希特利（Norman Heatley）合作研究由微生物產生的天然抗菌物質，他們對弗萊明的發現有了興趣。他們利用青黴菌（Penicillium）製造青黴素，再發展出分離與濃縮青黴素的方法。1941年，他們終於成功製造出足夠的盤尼西林以用作人體實驗。
不過，牛津大學團隊所用的方法產量極低。他們花了很多時間才提取出足夠幾個人使用的青黴素。弗洛里及希特利亦未能說服英國的製藥公司去進一步支持青黴素的生產，於是二人決定走到大西洋的對岸，在美國繼續他們的研究。
弗洛里及希特利之後與美國伊利諾伊州皮奧里亞（Peoria）的農業部北部研究實驗室（US Department of Agriculture’s Northern Regional Research Laboratory，簡稱NRRL）合作。這個實驗室掌握著先進的發酵技術，對黴菌的特性瞭如指掌，因此是合作的不二之選。NRRL的科學家們作出了幾個突破性的嘗試以增加青黴素的產量。
首先，NRRL的科學家莫耶（Andrew Moyer）發現用乳糖代替牛津團隊在培養基中使用的蔗糖，可以顯著增加青黴素的產量。不久之後，莫耶進一步發現在發酵培養基中添加玉米榨渣液可以使產量增加十倍。隨後，實驗室又嘗試在發酵培養基中添加青黴素前體（如苯乙酸，phenylacetic acid），這方法進一步提高了青黴素的產量。
除了嘗試在培養基添加不同的物質外，NRRL更採取了一種名為「深層發酵」（deep fermentation）的新式黴菌培養方法。牛津小組最初採用的方法是在營養培養基的表面上培養黴菌的方法，效率低下。而「深層發酵」方法則是把培養基在大型槽中不斷搖動和通氣，令黴菌可以在培養基的裡面，而不只是表面上成長。這樣就可以大幅度加快黴菌的生長，並因而提升盤尼西林的產量。
NRRL的真菌科學家雷珀（Ken Raper）又帶領團隊篩查了各種青黴菌菌株。弗洛里使用的青黴菌菌株產量本來就不高，即使用到「深層發酵」的方法，產量也未有足夠的增長。NRRL團隊於是在世界各地收集土壤樣本，希望尋找到更好的青黴菌菌株。正所謂「眾裏尋它千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處」，NRRL團隊找遍全球，最後卻發現最高產量的菌株竟然是來自皮奧里亞的一個發霉的哈密瓜。團隊後來X射線與紫外線輻射照射這個「哈密瓜菌株」，令菌株出現基因突變，青黴素的產量進一步增加。
根據雷珀的描述，牛津大學團隊最初的青黴素產量是每毫升4單位。皮奧里亞實驗室在幾個月內把產量提升至每毫升40單位。「哈密瓜菌株」令產量提升至每毫升100單位。X射線突變菌株令產量提升至每毫升500單位，紫外線突變菌株令產量進一步提升至每毫升900單位。
當希特利繼續在皮奧里亞與NRRL的研究人員合作的同時，弗洛里則與美國的不同藥廠合作，希望遊說到它們去幫助生產青黴素。隨著戰爭的發展，美國政府慢慢意識到這藥物對戰爭的重要性。美國的戰時生產委員會（War Production Board）亦在1943年開始統籌青黴素的生產工作。戰時生產委員會從全國175間製藥公司中選取了21間去進行生產青黴素的工作。戰時生產委員會最重要的工作就是確保諾曼第登陸時軍隊有足夠的青黴素使用。
在美國政府統籌下，青黴素被馬不停蹄地生產。為了準備諾曼第登陸這場最大型的兩棲登陸作戰，美國的21間製藥公司快馬加鞭地製造了230萬劑盤尼西林。盟軍的士兵攜帶著青黴素在諾曼第的海灘上作戰，並一路向法國內陸進擊。這些青黴素拯救了無數士兵的性命。在第一次世界大戰期間，傷兵因為感染而死的比率約為12-15%。到了第二次世界大戰時，這個比率已經大幅下跌至3%。
雖然一般人在聽到諾曼第登陸時都不會聯想到青黴素，但原本它卻也是這場戰鬥中必不可少的功臣。
資料來源:
Ligon BL. Penicillin: its discovery and early development. Semin Pediatr Infect Dis. 2004 Jan;15(1):52-7.
Hamilton E. D-Day invasion was bolstered by
UW–Madison penicillin project. University of Wisconsin-Madison News.
https://news.wisc.edu/d-day-invasion-was-bolstered-by-uw-madison-penicillin-project/
American Chemical Society International
Historic Chemical Landmarks. Discovery and Development of Penicillin.
http://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/flemingpenicillin.html
