ペニシリンの歴史

ペニシリンの歴史は、カビの一種であるペニシリウムにおける抗菌活性の観察が、広く使用されている抗生物質であるペニシリンの開発につながった経緯をたどるものである。

古代社会ではカビを使って感染症を治療しており、多くの人々がカビによる細菌の増殖抑制効果を観察していた。 1928年、ロンドンのセント・メアリー病院で勤務していたスコットランド人医師アレクサンダー・フレミングは、ペニシリウム属のカビが抗菌物質を分泌することを実験的に初めて実証し、それを「ペニシリン」と名付けた。このカビは、彼の研究室の細菌培養液に混入していたペニシリウム・クリソゲナム（現在はペニシリウム・ルベンスと呼ばれる）の変種であることが判明した。セント・メアリー病院でのペニシリン研究は1929年に終了した。

1939年、オックスフォード大学ウィリアム・ダン病理学研究所のハワード・フローリー率いる科学者チーム（エドワード・エイブラハム、エルンスト・チェーン、メアリー・エセル・フローリー、 ノーマン・ヒートリー、マーガレット・ジェニングスらが参加）は、ペニシリンの研究を開始した。彼らは、カビの培養方法、そこからペニシリンを抽出、精製、保存する方法、そしてその純度を測定するアッセイ法を開発した。「ペニシリン」は、このカビの汁に含まれる有効成分の名称となった。彼らは、臨床試験や野外試験を実施する前に、動物実験を行い、ペニシリンの安全性と有効性を確認した。また、ペニシリンの化学式を解明し、その作用機序を明らかにした。民間企業と米国農務省は、新たな菌株の発見と生産、そして大量生産技術の開発に取り組んだ。第二次世界大戦中、ペニシリンは連合国の戦争遂行において重要な役割を果たし、数千人の命を救った。アレクサンダー・フレミング、ハワード・フローリー、エルンスト・チェーンは、ペニシリンの発見と開発の功績により、 1945年のノーベル生理学・医学賞を共同受賞した。

1945年の戦争終結後、ペニシリンは広く入手可能になった。ドロシー・ホジキンはペニシリンの化学構造を解明し、その功績により1964年にノーベル化学賞を受賞した。これにより、より強力で幅広い細菌に効果的な半合成ペニシリンの開発につながった。この薬は1957年に合成されたが、カビの培養が依然として主な生産手段である。ペニシリンを動物飼料に添加すると、体重増加、飼料効率の向上、より均一な成長の促進、疾病制御の促進に効果があることが発見された。農業はペニシリンの主要な使用者となった。ペニシリン発見後まもなく、オックスフォード大学の研究チームは多くの細菌にペニシリン耐性があることを報告した。抗生物質耐性のメカニズムを回避し理解することを目的とした研究は続いている。

オーストラリア、中国、エジプト、ギリシャ、インドなど多くの古代文化は、感染症の治療において菌類や植物の有用な特性を独自に発見しました。これらの治療法は、多くのカビ種を含む多くの生物が自然に抗生物質を生成するため、しばしば効果を発揮しました。しかし、古代の医療従事者は、これらの生物の活性成分を特定したり分離したりすることができませんでした。^{[ 1 ] [ 2 ]}

1895年、ナポリ大学のイタリア人医師ヴィンチェンツォ・ティベリオは、アルツァーノの井戸で最初に発見されたカビに関する研究を発表し、その観察から、これらのカビには抗菌作用を持つ可溶性物質が含まれていると結論付けた。^{[ 3 ]}パスツール研究所の科学者でコスタリカ人のクロドミロ・ピカド・トゥワイトも同様に、 1923年にペニシリウムの抗生物質効果を記録した。ペニシリン研究の初期段階では、ペニシリウムのほとんどの種はP. glaucumと非特異的に呼ばれていたため、正確な種を知ることは不可能であり、実際に細菌の増殖を阻止したのはペニシリンであったことも分からない。^{[ 4 ]}

ブリュッセル自由大学のアンドレ・グラティアとサラ・ダスは、細菌サンプルが他の細菌に及ぼす影響を研究した。1924年、彼らは死んだ黄色ブドウ球菌の培養物が連鎖球菌に汚染されていることを発見した。さらに実験を重ねた結果、連鎖球菌の抽出物が黄色ブドウ球菌だけでなく、緑膿菌、結核菌、大腸菌も殺すことができることがわかった。グラティアはこの抗菌剤を「マイコリセート」と名付けた。翌年、彼らは炭疽菌を阻害できるキラーカビを発見した。『Comptes rendus des séances de la Société de Biologie et de ses filiales』に報告した彼らは、そのカビをペニシリウム・グラウカムと特定した。しかし、抗菌剤とその医学的価値が十分に理解されておらず、グラティアのサンプルが紛失したため、これらの発見はほとんど注目されなかった。^{[ 5 ] [ 6 ]}

1928年、ロンドンのセント・メアリー病院で働いていたスコットランド人医師のアレクサンダー・フレミングは、ダブリンのトリニティ・カレッジの研究を再現しようと、黄色ブドウ球菌の培養における増殖の変動を調査していた。^{[ 7 ]}彼は夏休みを家族とサフォーク州バートン・ミルズにある田舎の邸宅「ザ・ドゥーン」で過ごした。^{[ 8 ]} 7月末に研究室を離れる前に、彼は黄色ブドウ球菌を数枚の培養皿に接種した。彼は、研究学生のスチュアート・クラドックが不在中に作業できるように、直射日光を避けてテーブルの隅に培養皿を置いておいた。彼は9月3日に研究室に戻った。^{[ 9 ]}彼と元研究学生のダニエル・マーリン・プライスが培養皿を調べたところ、蓋が開いていて培養物が青緑色のカビで汚染されている培養皿が1枚見つかった。汚染されたプレートでは、カビの周りの細菌は増殖しなかったが、遠くの細菌は正常に増殖した。これは、カビが細菌を殺したことを意味する。^{[ 10 ]}フレミングは培養物を撮影し、同定のためにカビのサンプルを採取した。^{[ 11 ]}

フレミングは休暇を再開し、その月にセントメアリーズに戻った。彼は元のカビを採取し、培養皿で培養した。4日後、彼は培養皿にカビの大きなコロニーができていることに気づいた。彼は同じ細菌殺滅結果で実験を繰り返した。^{[ 11 ] [ 12 ]}彼は、カビが細菌の増殖を阻害する物質を放出していると結論付けた。^{[ 13 ]}さまざまな細菌に対してテストしたところ、カビは特定のグラム陽性細菌のみを殺すことができることがわかりました。^{[ 14 ]}ブドウ球菌、連鎖球菌、ジフテリア菌（Corynebacterium diphtheriae ）は簡単に殺されたが、チフス菌（ Salmonella typhimurium）やかつてインフルエンザの原因と考えられていた細菌（Haemophilus influenzae ）には効果がなかった。彼は、カビの汁を採取できる培養法を考案し、1929年3月7日に「やや面倒な『カビ培養液濾液』という表現の繰り返しを避けるため」にそれを「ペニシリン」と名付けた。^{[ 15 ]} 1945年のノーベル賞受賞講演で、彼はさらに次のように説明した。

私はよく「ペニシリン」という名前を考案した理由を尋ねられます。私はごく正統的な方法に従い、ペニシリンという物質がペニシリウム属の植物から抽出されたことを説明する言葉を造語しただけです。ちょうど何年も前にジギタリスという植物から抽出された物質に対して「ジギタリン」という言葉が考案されたのと同じです。^{[ 16 ]}

フレミングは、ペニシリウム属のさまざまな種との構造比較の後、自分の標本は、1910 年にアメリカの微生物学者チャールズ・トムによって記載された種であるPenicillium chrysogenumであると信じていました。アイルランドの植物学者であるチャールズ・ジョン・パトリック・ラ・トゥーシュは、最近セント・メアリーズに菌類学者として加わり、標本をPenicillium rubrumと同定しました。これは、フレミングが論文で使用した同定です。^{[ 17 ] [ 18 ]} 1931 年、トムは、フレミングの標本を含むさまざまなペニシリウムを再調査し、フレミングの標本はP. chrysogenumシリーズのメンバーであるP. notatumであるという結論に達しました。^{[ 19 ]}それ以降、フレミングのカビは、P. notatumとP. chrysogenumの同義語として言及されました。^{[ 20 ] [ 21 ]}混乱を解消するため、2005年にオーストリアのウィーンで開催された第17回国際植物学会議で、正式にP. chrysogenumという名称が採用されました。^{[ 22 ]} 2011年の全ゲノム配列と系統解析により、フレミングのカビは、1923年にベルギーの微生物学者フィリベール・ビウルジュによって記載された種であるP. rubensに属することが明らかになりました。 ^{[ 20 ] [ 23 ]}

フレミングの実験における真菌汚染源は、数十年にわたり憶測の的となった。フレミングは1945年に、真菌胞子はプレード通りに面した窓から入ってきたと示唆したが^{[ 24 ]}、彼の同僚たちは後に、フレミングの研究室の窓は閉められていたと証言し^{[ 25 ]}、フレミングは窓を開けるために手が届かなかったと反論した^{[ 26 ]} 。カビはフレミングの研究室の1階下のラ・トゥーシュの研究室から発生し、胞子が開いたドアから漂ってきたという見解が定着した^{[ 27 ] 。}

フレミングが観察したブドウ球菌培養物に対する抗菌効果を得るには、細菌の増殖が目に見えるコロニーを形成し始めるまでに、カビが十分な量のペニシリンを産生していなければならなかった。なぜなら、ペニシリンは細菌が増殖しているときにのみ効果があるからである。幸運なことに、その8月の実験室の温度は、最初はカビの増殖に最適な20  ℃以下であり、月の後半には細菌の増殖に最適な25  ℃に達した。^{[ 28 ]}

フレミングは細菌学者であって化学者ではなかったので、化学作業のほとんどをクラドックに任せた。1929年1月、フレミングは生化学のバックグラウンドを持つ元研究学生のフレデリック・リドリーを雇い、カビの化学的性質を調べた。クラドックとリドリーはペニシリンを分離することができず、実験が終わる前に二人とも他の仕事に就いた。^{[ 10 ] [ 29 ]}

フレミングは1929年5月10日に英国実験病理学誌に研究結果を報告し、翌月の号に掲載されたが^{[ 30 ] [ 31 ]}、その記事はあまり注目を集めなかった。フレミングは自身の研究の医学的応用については全く確信が持てず、細菌分離への応用の方を気にしていた^{[ 30 ]} 。また、その記事には重大な誤りも含まれていた。リドリーとクラドックはペニシリンがエーテル、アセトン、アルコール、そして水にも溶解することを実証しており、これはペニシリンの分離に不可欠な情報であったが、フレミングはペニシリンがアルコールには溶解し、エーテルとクロロホルムには溶解しないと誤って主張した。エーテルとクロロホルムについては試験していなかった^{[ 32 ]} 。実際には、ペニシリンはエタノール、エーテル、クロロホルムに溶解する。^{[ 33 ]} 1930年代初頭には、ハロルド・レイストリックを含む他の研究者によってさらなる研究が行われ、レイストリックは1932年にペニシリンの化学的不安定性を確認した。 ^{[ 34 ] [ 35 ]}フレミングは引き続き研究者にカビのサンプルを送っていたが、サンプルの要求は次第に減っていった。^{[ 36 ]}

1939年、オックスフォード大学のサー・ウィリアム・ダン病理学学校で、エルンスト・ボリス・チェーンは、同校の責任者であるオーストラリア人科学者ハワード・フローリー教授に、フレミングの1929年のほとんど忘れ去られた論文の注意を促した。彼らは、微生物によって産生される抗菌物質の研究が、実りある研究の道となるかもしれないと考えた。^{[ 37 ] [ 38 ]}フローリーは、エドワード・エイブラハム、メアリー・エセル・フローリー、アーサー・ダンカン・ガードナー、ノーマン・ヒートリー、マーガレット・ジェニングス、ジーン・オー・ユーイング、ゴードン・サンダースを含む学際的な研究チームを率いた。^{[ 39 ] [ 40 ]}チームの各メンバーは、それぞれの専門分野で問題の特定の側面に取り組み、異なる方向で同時に研究することで、全体像を構築した。このような共同研究は、当時イギリスではほとんど知られていなかった。^{[ 41 ]}当初、調査対象としてバチルス・サブチリス、トゥルーペレラ・ピオゲネス、ペニシリンの3つが選ばれた。^{[ 42 ]}後にチェインは、「ペニシリンが臨床医学で実用的である可能性は、ペニシリンの研究を始めた当初は頭に浮かばなかった」と回想している。^{[ 43 ] [ 44 ]}

広範な研究分野は、長期的な資金を必要とするものとして意図的に選ばれた。^{[ 37 ] [ 38 ]}フローリーは1939年9月に医学研究評議会（MRC）に支援を求めた。評議会の事務局長であるエドワード・メランビーはプロジェクトを承認し、プロジェクト開始のために250ポンド（ 2025年換算で14,000ポンド相当）、給与に300ポンド（ 2025年換算で17,000ポンド相当）、経費に100ポンド（2025年換算で6,000ポンド相当）を3年間割り当てた。^{[ 45 ]}メランビーはフローリーに「あなたが提案している研究は興味深いものであり、実際的に重要なものとなる可能性があると思われる」と書いた。^{[ 45 ]}

フローリーは、もっと多くのことが必要だと感じていた。1939年11月1日、ロックフェラー財団の自然科学部門のヘンリー・M・“ダスティ”・ミラー・ジュニアがフローリーを訪ねた。ミラーはフローリーに財団への資金援助を申請するよう勧め、その申請を支援した。^{[ 46 ] [ 47 ]}フローリーは申請書の中で、「提案された研究は、理論的に重要であるだけでなく、治療目的で実用的な価値を持つ可能性がある」と書いた。^{[ 48 ]}彼の申請は承認され、財団は5年間、年間5,000米ドル（1,250ポンド）を拠出した。^{[ 49 ] [ 47 ]}

オックスフォードチームの最初の課題は、ペニシリンカビのサンプルを入手することだった。これは簡単だった。フローリーの前任者であるジョルジュ・ドレイヤーは、バクテリアに感染するウイルスであるバクテリオファージの研究のために、1930年にこのカビのサンプルを入手していた。ドレイヤーは、ペニシリンがバクテリオファージではないと知ったとき、ペニシリンへの興味を失ったが、培養は続けていた。^{[ 50 ] [ 51 ]}ドレイヤーは1934年に亡くなったが、キャンベル＝レントンはカビの培養を続け、オックスフォードチームに提供することができた。^{[ 52 ] [ 53 ]}次の課題は、実験室での実験に十分なペニ​​シリンを抽出するのに十分な量のカビを培養することだった。カビは液体のチャペック・ドックス培地の表面で培養された。数日かけて、緑色の胞子で覆われた黄色のゼラチン状の皮膜が形成された。その下の液体は黄色に変化し、ペニシリンを含んでいた。研究チームは、最大収量が10日から20日で達成されることを突き止めた。^{[ 54 ]}

カビは成長するために空気が必要なので、培養には表面積の広い容器が必要でした。当初は、横向きに置いたガラス瓶が使用されていました。ほとんどの実験室用容器は広くて平らな面を提供していなかったため、インキュベーターのスペースを非効率的に使用していました。^{[ 54 ]}便器が実用的であることが判明し、バースレムの J. マッキンタイア社が製造した特製のセラミック容器の基礎となりました。これらの容器は長方形で、スペースを節約するために積み重ねることができました。^{[ 55 ]} MRC は、フローリーの要求に応じて、300 ポンド ( 2025 年換算で 15,000 ポンド) と、2 人の女性工場労働者に週 2 ポンドずつ ( 2025 年換算で 97 ポンド) を支払うことに同意しました。1943 年、フローリーは、彼女たちの賃金を週 2 ポンド 10 シリングずつ ( 2025 年換算で 99 ポンド)に引き上げるよう要求しました。^{[ 56 ]}ヒートリーは1940年12月22日に500個の容器の注文のうち最初の174個を収集し、3日後に胞子を播種した。^{[ 57 ]}

カビにペニシリンをより多く生産させるよう試みが行われた。ヒートリーは培地に糖類、塩類、麦芽、アルコール、さらにはマーマイトなどさまざまな物質を加えようとしたが、成功しなかった。^{[ 58 ]}ポール・フィルデスの提案で、彼は醸造酵母を加えようとした。これも収量を改善しなかったが、培養時間を3分の1に短縮した。^{[ 54 ]}また、ペニシリンを含む液体を取り除いて新しい液体と交換すれば、2回目のペニシリンを調製できることも発見したが、^{[ 54 ]}汚染の危険性があるため、この方法は18か月後に中止された。カビは無菌条件下で培養する必要があった。^{[ 59 ]}アブラハムとチェインは、空気中の細菌の中にはペニシリンを分解する酵素であるペニシリナーゼを産生するものがあることを発見した。 ^{[ 60 ]}カビがペニシリンを生成する理由は不明であった。ペニシリンが殺す細菌はカビにとって脅威ではないため、他の目的のための代謝プロセスの副産物であると推測された。^{[ 59 ]}

次の工程はペニシリンの抽出でした。液体はパラシュートシルクで濾過され、菌糸、胞子、その他の固形物を除去しました。^{[ 61 ]}溶液は解離プロセスのためにリン酸の添加によって酸性化されました。^{[ 62 ]}チェインは、ペニシリンはpHが5～8の間でのみ安定であることを確認しましたが、このプロセスにはそれよりも低いpHが必要でした。混合物を0 ℃に保つことで、彼は分解プロセスを遅らせることができました。^{[ 63 ]}この形態では、溶媒によってペニシリンを抽出できます。最初は、ペニシリンを溶解することが知られている唯一の溶媒であるエーテルが使用されましたが、エーテルは非常に引火性が高く、毒性があります。チェインの提案により、彼らは代わりに引火性の低い酢酸アミルを使用してみたところ、これも機能することがわかりました。^{[ 61 ] [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]} 

ヒートリーは連続抽出法を開発することができた。ペニシリンを含む溶媒は液体の上に浮くので容易に分離できたが、今度はクラドックとリドリーを悩ませた問題、つまり溶媒からペニシリンを回収するという問題に直面した。ヒートリーは、溶液が酸性のときにペニシリンが水から溶媒へ移動できるなら、溶液がアルカリ性であれば再び水に戻るのではないかと考えた。フローリーは彼に試してみるように言った。水酸化ナトリウムが加えられ、ヒートリーが「逆抽出」と呼んだこの方法はうまくいくことがわかった。^{[ 61 ] [ 65 ]}次の問題は、水からペニシリンを抽出する方法だった。水から何かを抽出する通常の方法は蒸発または沸騰によるものだったが、これではペニシリンが破壊されてしまう。チェインは、スウェーデンで最近開発された技術である凍結乾燥のアイデアを思いついた。これにより水が除去され、乾燥した茶色の粉末が得られた。^{[ 61 ] [ 63 ]}

ヒートリーは、細菌を播種した寒天培地プレートを用いたペニシリンアッセイを開発した。試験対象のペニシリン含有液を入れた短いガラスシリンダーを培地プレート上に置き、37 ℃で12～16時間培養した。その頃には液体は消失し、シリンダーは細菌のないリングで囲まれていた。リングの直径はペニシリンの強さを示した。^{[ 62 ]}オックスフォード単位は、25 mmの細菌のないリングを生成するのに必要な純度として定義された。 ^{[ 52 ]}これは化学的性質がまだ不明であったため、恣意的な測定であった。最初の研究は、1ミリグラムあたり4～5オックスフォード単位を含む溶液で行われた。後に、高純度ペニシリンが入手可能になったとき、1ミリグラムあたり2,000オックスフォード単位であることが判明した。^{[ 67 ]}しかし、不純な物質を試験したところ、 100万分の1の濃度でも細菌に対して有効であることがわかった。ペニシリンは、最も強力なスルホンアミドよりも少なくとも20倍の活性があった。^{[ 63 ]}オックスフォード単位は非常に小さいことが判明し、1症例の治療には約100万単位が必要だった。^{[ 68 ]}  

オックスフォード大学の研究チームは、1941年8月に大規模抽出の計画とともに分離方法の詳細を報告した。^{[ 62 ]} 1942年3月には、高純度化合物を調製できることを報告した。^{[ 69 ] [ 70 ]} 1943年、エドワード・エイブラハムは、ベータラクタム環 を含むペニシリンの構造を提案した。この構造は、1945年にドロシー・ホジキンによってX線結晶構造解析を用いて確認された。^{[ 71 ]}

オックスフォード大学のハワード・フローリーのチームは、ペニシリウム抽出物が多くの種類の細菌を殺すことを示した。ガードナーとオル・ユーイングは、ペニシリウム抽出物を淋菌（最も効果的だった）、髄膜炎菌、連鎖球菌、ブドウ球菌、炭疽菌、放線菌、破傷風菌（クロストリジウム・テタニ）、および壊疽を引き起こす細菌に対して試験した。彼らは、細菌がペニシリンの存在下で増殖しようとするのを観察し、ペニシリンは細菌を分解する酵素でも、細菌を殺す消毒剤でもなく、むしろ細胞分裂の過程を妨害する化学物質であることに気づいた。^{[ 72 ] [ 36 ]}ジェニングスは、ペニシリンが白血球に影響を与えないことを観察し、したがって、細菌に対する体の自然な防御を妨げるのではなく、強化するだろうと述べた。彼女はまた、当時入手可能だった最初で唯一の有効な広域スペクトル抗生物質であるスルホンアミドとは異なり、膿によって破壊されないことを発見した。メダワーは、組織細胞の成長に影響を与えないことを発見した。^{[ 73 ]}

1940年3月までに、オックスフォード大学の研究チームは、ペニシリンの毒性を試験するのに十分な量の不純なペニシリンを入手した。次の2か月間、フローリーとジェニングスは、ラット、マウス、ウサギ、ネコにペニシリンをさまざまな方法で投与する一連の実験を行った。その結果、ペニシリンは胃で分解されるが、血液検査で示されたように、すべての注射形態が有効であることがわかった。ペニシリンは、ほとんどが未変化のまま尿中に急速に排泄されることがわかった。^{[ 74 ]}彼らは、どの動物にも毒性の証拠は見つからなかった。もしモルモットで試験していたら、ペニシリンはモルモットに毒性があるため、この時点で研究は中止されていたかもしれない。^{[ 75 ]}

1940年5月25日土曜日の午前11時、フローリーは8匹のマウスに毒性の強い連鎖球菌を注射し、そのうち4匹にペニシリン溶液を注射した。この4匹は2つのグループに分けられ、2匹には10ミリグラムを1回投与し、残りの2匹には5ミリグラムを一定間隔で投与した。日曜日の午前3時30分までに、未治療のマウス4匹はすべて死亡した。治療されたマウスはすべてまだ生きていたが、1匹は2日後に死亡した。^{[ 76 ] [ 77 ]}フローリーはジェニングスにこの結果を「奇跡」と表現した。^{[ 78 ]}

ジェニングスとフローリーは月曜日に10匹のマウスで実験を繰り返した。今回は、治療したマウス6匹すべてが生き残り、対照群の4匹のうち1匹も生き残った。火曜日には、16匹のマウスで異なる量のペニシリンを投与して実験を繰り返した。対照群のマウス6匹はすべて24時間以内に死亡したが、治療したマウスは数日間生き延びたものの、19日後にはすべて死亡した。^{[ 77 ]} 7月1日には、50匹のマウスで実験を行い、その半数にペニシリンを投与した。対照群のマウス25匹はすべて16時間以内に死亡したが、治療したマウスは1匹を除いて10日後にも生きていた。その後数週間にわたり、50匹または75匹のマウスのグループで、異なる細菌を使用して実験を行った。ペニシリンはブドウ球菌とガス壊疽にも効果があることがわかった。^{[ 79 ]}フローリーはスタッフに、結果は有望だが、人間の体重はマウスの3,000倍であることを改めて伝えた。^{[ 80 ]}

オックスフォード大学の研究チームは、権威ある医学雑誌『ランセット』の1940年8月24日号に「化学療法剤としてのペニシリン」というタイトルで研究結果を発表し、7人の共同著者の名前をアルファベット順に掲載した。^{[ 76 ] [ 81 ]}彼らは次のように結論付けた。

結果は明白であり、ペニシリンは試験管内で阻害された少なくとも3種類の微生物に対して生体内でも活性があることを示している。試験管内で高希釈されたすべての微生物が生体内でも対処されることが期待できるのは妥当なことと思われる。ペニシリンは現在使用されている化学療法物質とは関連がないようで、特にガス壊疽に関連する嫌気性微生物に対する活性が注目に値する。^{[ 76 ]}

その論文はほとんど注目を集めなかった。フローリーはその後2年間、研究結果の重要性を人々に納得させようと奔走した。読者の一人がフレミングで、1940年9月2日に彼らを訪ねた。フローリーとチェインは彼に生産、抽出、試験ラボを案内したが、彼は何もコメントせず、彼らの研究を称賛することもなかった。オックスフォードのチームのメンバーの中には、彼がその功績を自分のものにしようとしているのではないかと疑う者もいた。^{[ 82 ] [ 83 ]}

オックスフォード大学の研究チームは知らなかったが、彼らのランセット誌の記事はコロンビア大学のマーティン・ヘンリー・ドーソン、グラディス・ホビー、カール・マイヤーによって読まれ、彼らはオックスフォード大学の研究結果を再現しようと試みた。彼らはジョンズ・ホプキンス病院のロジャー・リードからペニシリウム菌の培養株を入手した。この菌はリードが1935年にフレミングから受け取ったサンプルから培養されたものだった。彼らは9月23日に菌の培養を開始し、9月30日に緑色連鎖球菌に対する試験を行い、オックスフォード大学の研究結果を確認した。マイヤーはチェーンの手順を再現し、少量のペニシリンを得た。1940年10月15日、ニューヨーク市のプレズビテリアン病院で細菌性心内膜炎の患者2人、アーロン・アルストンとチャールズ・アロンソンにペニシリンが投与された。彼らは米国で初めてペニシリン治療を受けた患者となった。^{[ 84 ] [ 85 ]}コロンビア大学のチームは、 1941 年 5 月 5 日にニュージャージー州アトランティックシティで開催された米国臨床研究学会の年次総会で、4 人の患者に対するペニシリン治療の結果を発表した。彼らの論文はニューヨーク タイムズ紙のウィリアム L. ローレンスによって報道され、大きな世間の関心を集めた。^{[ 85 ] [ 86 ] [ 87 ]}

オックスフォードでは、チャールズ・フレッチャーが人体実験の被験者を探すことを志願した。不治の癌で死にかけていたオックスフォードの女性、エルバ・エイカーズは、ペニシリンの毒性の実験の被験者になることに同意した。1941年1月17日、彼は彼女に100mg のペニシリンを静脈注射した。彼女の体温は一時的に上昇したが、それ以外に悪影響はなかった。フローリーは、発熱はペニシリン中の発熱物質によるものだと考え、改良されたクロマトグラフィーでこれらを除去した。^{[ 88 ]}フレッチャーは次に、口角の小さな傷から連鎖球菌とブドウ球菌による重度の顔面感染症を発症したオックスフォードの警官、アルバート・アレクサンダーを見つけた。彼の顔全体、目、頭皮が腫れ上がり、痛みを和らげるために片目を摘出した。^{[ 88 ] [ 89 ]}

2月12日、フレッチャーは ペニシリン200mgを投与し、その後 3時間ごとに100mgを投与した。ペニシリン投与後1日以内にアレクサンダーは回復し始め、体温が下がり、化膿した傷からの分泌物が減少した。2月17日までに右目は正常になった。しかし、研究者たちは彼を完全に回復させるのに十分なペニ​​シリンを持っていなかった。尿からペニシリンが回収されたが、十分ではなかった。3月初旬に彼は再発し、3月15日に亡くなった。この経験とペニシリンの製造の難しさから、フローリーはより少量のペニシリンで治療できる子供の治療に焦点を移した。^{[ 88 ] [ 89 ]}

その後、数名の患者が治療に成功した。2人目は、股関節手術後の連鎖球菌感染症を患っていた15歳の少年、アーサー・ジョーンズであった。彼は 5日間、3時間ごとに100mgを投与され、回復した。42歳の労働者、パーシー・ホーキンは、背中に100ミリメートル（4インチ）の<binary data, 7 bytes>uncle（<binary data, 7 bytes>uncle）があった。彼は5月3日に最初に200mgを投与され、その後1時間ごとに100mgを投与された。<binary data, 7 bytes>uncleは完全に消失した。半昏睡状態の4歳の少年、ジョン・コックスは5月16日から治療を開始した。彼は5月31日に死亡したが、検死の結果、脳動脈破裂が死因であり、感染の兆候はなかったことが示された。5人目の症例は6月16日で、股関節手術後の感染症を患っていた14歳の少年で、完全に回復した。^{[ 90 ]}   

ダン・スクールでの生産量増加に加え、インペリアル・ケミカル・インダストリーズが設立したパイロットプラントからの商業生産が1942年1月に開始され、ケンベル・ビショップ・アンド・カンパニーは9月11日に最初のバッチ910リットル（200英ガロン）を納入した。フローリーは、第2シリーズの臨床試験を実施する時期が熟したと判断した。エセル・フローリーが責任者に任命されたが、ハワード・フローリーはオックスフォード病院の顧問病理医であり、病棟やサービスを利用する権利があったにもかかわらず、エセルは彼の不満をよそに、単なる助手として認定された。医師たちは、最も適した患者ではなく、切羽詰まった状況にある患者を試験に紹介する傾向があったが、ペニシリンが成功すると、その有効性に対する信頼が高まった。^{[ 91 ]}  

エセルとハワード・フローリーは、1943年3月27日にランセット誌にペニシリンの臨床試験の結果を発表し、187例の敗血症患者をペニシリンで治療したことを報告した。^{[ 92 ]}この医学的証拠に基づいて、英国戦時内閣は1943年4月5日にペニシリン委員会を設置した。委員会は、議長として装備総局長のセシル・ウィアー、アレクサンダー・フレミング、ハワード・フローリー、フレミングの元研究学生の一人であるVDアリソン、MRCの責任者であるパー​​シバル・ハートリー卿、および製薬会社の代表者で構成されていた。 ^{[ 93 ]}これにより、翌年にはペニシリンの大量生産が実現した。^{[ 94 ]}

医療用として大規模生産を研究所で行うのは無益だと知っていたオックスフォードのチームは、戦禍に苦しむ英国政府と民間企業に大量生産に取り組むよう説得を試みたが、当初の反応は鈍かった。グラクソ研究所の研究部長であるブラウント博士は、1940年9月にオックスフォードのフローリーに手紙を書いたが、返事はなかった。フローリーはすでに2つの英国の製薬会社に支援を求めたが断られ、英国の製薬業界に幻滅していたようだった。^{[ 95 ]}

1941 年 4 月、ウォーレン・ウィーバーはフローリーと会い、臨床試験を行うのに十分なペニ​​シリンを生産することの難しさについて話し合った。ウィーバーは、ロックフェラー財団がフローリーと同僚の米国への 3 か月の訪問費用を負担し、米国でペニシリンを生産できる可能性を探るよう手配した。^{[ 96 ]}フローリーとヒートリーは 1941 年 6 月 27 日に飛行機で米国へ出発した。^{[ 97 ]}バイアルに保管されたカビのサンプルは簡単に紛失する可能性があることを知っていたため、彼らはコートのポケットにカビを塗りつけた。^{[ 36 ]}

フローリーは神経生理学者のジョン・フルトンと会い、フルトンは彼を全米研究評議会（NRC）の議長であるロス・ハリソンに紹介した。ハリソンはフローリーを、メリーランド州ベルツビルにある米国農務省（USDA）植物産業局の主任菌類学者であり、フレミングが報告したカビを特定したトムに紹介した。7月9日、トムはフローリーとヒートリーをワシントンDCに連れて行き、USDA農業産業化学局の代理次長であり、USDAの4つの研究所の責任者であるパー​​シー・ウェルズに会わせた。ウェルズは、イリノイ州ピオリアにあるUSDA北部地域研究所（NRRL）の所長であるオービル・メイに紹介の電報を送った。彼らは7月14日にメイと会い、メイはNRRLの発酵部門の責任者であるロバート・D・コグヒルとの面会を手配した。コグヒルは、大型容器での発酵が大規模生産の鍵となる可能性を提起した。^{[ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]}

8月17日、フローリーは科学研究開発局（OSRD）の医療研究委員会（CMR）の委員長であるアルフレッド・ニュートン・リチャーズと会談し、リチャーズは支援を約束した。^{[ 101 ]} 10月8日、リチャーズはスクイブ、メルク、ファイザー、レダーレの4つの大手製薬会社の代表者と会合を開いた。OSRDのディレクターであるヴァネヴァー・ブッシュと、NRRLを代表するトムも出席した。リチャーズは、独占禁止法が一時停止され、ペニシリンに関する情報を共有できるようになると彼らに告げた。これは1943年12月7日まで合法化されず、ペニシリンのみを対象とし、他の薬は対象外だった。^{[ 102 ] [ 103 ]} OSRDは、研究所やパイロットプラントの機器を優先的に入手できるよう、戦時生産委員会（WPB）と取り決めた。^{[ 104 ]}

コグヒルはアンドリュー・J・モイヤーをヒートリーと共にペニシリンの研究に携わらせ、フローリーは製薬会社にペニシリンの製造を依頼できるかどうか調べるために去った。収量を増やすための第一歩として、モイヤーは培養培地のショ糖をラクトースに置き換えた。さらに大きな増加は、モイヤーがトウモロコシ産業の副産物であるコーンスティープリカーを加えたときに起こった。NRRLは、その用途をさらに見つけることを期待して、これを日常的に試していた。ペニシリンに対する効果は劇的で、ヒートリーとモイヤーは収量が10倍に増加することを発見した。^{[ 97 ]}

1942年3月、イェール大学ニューヘイブン病院で、イェール大学の運動部長オグデン・D・ミラーの妻アン・シーフ・ミラーは、流産後に感染した連鎖球菌性敗血症で危篤状態にあった。彼女の主治医ジョン・バムステッドは、当時ジョン・フルトンの感染症治療も担当していた。バムステッドは、フルトンがフローリーを知っており、フローリーの子供たちが彼の家に滞在していることを知っていた。彼はフルトンのところへ行き、ペニシリンを懇願した。フローリーはイギリスに戻っていたが、ヒートリーはまだアメリカにおり、メルク社で働いていた。リチャーズに電話をかけたところ、臨床試験用に確保されていた5.5グラムのペニシリンがワシントンDCから空輸で送られてきた。その効果は劇的で、48時間以内に41 ℃（106 °F）の熱は下がり、彼女は再び食事ができるようになった。彼女の血液培養の細菌数は、1ミリリットルあたり100～150個の細菌コロニーからわずか1個に減少した。バムステッドはペニシリンの投与量を200ミリグラムから減らすことを提案したが、ヒートリーはそうしないように警告した。その後、ヒートリーはニューヘイブンに来て彼女の尿を採取し、約3グラムのペニシリンが回収された。ミラーは完全に回復し、1999年まで生きた。^{[ 105 ] [ 106 ] [ 107 ]}  

深海潜水

1943 年 5 月まで、ペニシリンのほぼすべては、オックスフォードのチームが開拓した浅いパン法を使用して生産されていましたが^{[ 108 ]}、NRRL の菌類学者ケネス・ブライアン・レイパーは、ペニシリン菌を浅い皿ではなく大きな容器で培養する深層浸漬法による生産を試みていました。最初の結果は期待外れでした。この方法で培養されたペニシリンは、表面培養の 20 オックスフォード単位に比べて、1 立方センチメートルあたり 3 ～ 4 オックスフォード単位しか得られませんでした。^{[ 109 ]}彼は、世界各地で同様の菌を探すために、米陸軍航空輸送司令部の協力を得ました。重慶、ボンベイ、ケープタウンのサンプルから良質な菌が見つかりました。しかし、最も優れたサンプルは、 1943 年にピオリアの果物市場で販売されたカンタロープから採取されたものでした。この菌はPenicillium chrysogenumと同定され、「NRRL 1951」または「カンタロープ株」と命名されました。^{[ 100 ] [ 110 ]}胞子はNRRLから漏れ出した可能性がある。^{[ 111 ] [ a ] [ b ]}

1941年から1943年にかけて、モイヤー、コグヒル、レイパーは工業的なペニシリン生産法を開発し、ペニシリウム菌の収量が高い株を分離した。その株をさらに改良するため、カーネギー研究所の研究者たちはNRRL 1951にX線を照射し、X-1612と名付けられた変異株を作り出した。この変異株は、カビ培養液1リットルあたり300ミリグラムのペニシリンを生産し、NRRL 1951の2倍の収量となった。次に、ウィスコンシン大学の研究者たちは、X-1612に紫外線を照射し、Q-176と名付けられた株を作り出した。これにより、X-1612の2倍以上のペニシリンが生成されたが、望ましくないペニシリンKの形で生成された。^{[ c ]}フェニル酢酸が添加され、強力なペニシリンGを生成するように切り替えられた。この菌株は1リットルあたり最大550ミリグラムのペニシリンを生成することができた。^{[ 116 ] [ 110 ]}

ファイザーは、クエン酸の製造を専門とするニューヨークの小さな会社で、深層浸漬法を開発していました。これは、糖蜜を大きなタンクで撹拌し、pHを注意深く制御しながら発酵させてクエン酸に変換するものでした。^{[ 117 ]}娘が感染症で亡くなったファイザーの副社長、ジョン・L・スミスは、ファイザーのすべてのリソースを実用的な深層浸漬法の開発に注ぎ込みました。^{[ 118 ]}同社は1943年と1944年にペニシリンに298万ドル（2025年の5500万ドルに相当）を投資しました。ファイザーの科学者であるジャスパー・H・ケイン、GM・シュル、EM・ウェーバー、AC・フィンレイ、EJ・ラタジャックは発酵プロセスに取り組み、R・パステルナック、WJ・スミス、V・ボガート、P・レグナは抽出技術を開発しました。^{[ 119 ]}

水中でよく成長し、許容量のペニシリンを生成するカビができたので、次の課題は、カビの成長に必要な空気を供給することでした。これはエアレーターを使用して解決しましたが、エアレーションによってコーンスティープがひどく泡立ちました。泡立ちの問題は、消泡剤であるモノリシノレイン酸グリセリルを導入することで解決しました。この技術には、冷却と混合も含まれていました。^{[ 120 ]}

ファイザーは1943年8月に7,600リットル（2,000米ガロン）の発酵槽を 備えたパイロットプラントを開設し、ラタヤクは8月27日にそこから最初のペニシリン液を出荷した。この1つのタンクはすぐに同社の生産量の半分を生産するようになった。そこでスミスは本格的な生産プラントを建設することを決定した。近くのルーベル氷工場は1943年9月20日に買収され、14基の130,000リットル（34,000米ガロン）タンクを備えた最初の深層浸漬生産プラントに改造された。この作業はジョン・E・マッキーンとエドワード・J・ゴエットの指揮の下5か月で完了し、プラントは1944年3月1日に開設された。^{[ 118 ] [ 119 ] [ 121 ]}    

1943年、医学研究評議会はペニシリンの野外試験を行う時期が来たと判断した。薬剤の供給がまだ不足しているときに需要を喚起しないように、薬剤を受け取るセンターの場所は秘密にされた。^{[ 155 ]}ハワード・フローリーは北アフリカ戦線が進行中の北アフリカに派遣された。6月29日、彼はアデレード出身のもう一人のローズ奨学生で、当時イギリス陸軍の准将の階級にあり、オックスフォードの頭部外傷軍病院の責任者であったヒュー・ケアンズと合流し、4000万単位のペニシリンを携えてやってきた。^{[ 156 ] [ 157 ]}

その後の2か月で、フローリーとケアンズは100件以上の症例を治療し、100ページを超える報告書をまとめた。彼らはまた、自分たちの活動を撮影した。フローリーはペニシリンに関する講義を行い、彼の報告書には医療将校のペニシリン使用に関する訓練の勧告が含まれていた。北アフリカでの戦闘は1943年5月に終結していたため、彼が診察した症例のほとんどは最近負傷した兵士ではなく、治癒していない古い傷を負った兵士であった。 7月の連合軍によるシチリア侵攻後、戦闘による負傷者が再び到着し始めた。^{[ 158 ]}

フローリーは、多くの場合、感染源は戦場ではなく病院にあると考え、ペニシリンの特性を活かすために患者の治療方法の変更を提唱した。彼は、傷は速やかに洗浄して密封すべきだと主張した。これは過激な考えだった。通常であればガス壊疽を招くことになるが、彼はそれをペニシリンに任せることを提案した。彼の提言は実行に移され、陸軍省はロイヤル・ハーバート病院に病理学者と臨床医のための研修コースを設立し、フローリーが北アフリカで撮影したフィルムを活用した。^{[ 158 ]}

ペニシリンは重傷者の治療に使うことを意図していたが、ペニシリンが特に効果的な細菌性性感染症の症例が多数あり、軍事的観点からは淋病を48時間で治せることは画期的なことだった。供給状況は改善し、 9月の連合軍によるイタリア侵攻のために1日あたり2000万単位が利用可能になった。^{[ 158 ] [ 159 ]} 1944年から1945年の西ヨーロッパ戦役中、ペニシリンは感染した傷の治療と、傷が感染するのを防ぐ予防薬として広く使用された。ガス壊疽は第一次世界大戦で負傷者1000人中150人を死亡させたが、この病気の発生は今ではほぼ完全に消滅した。開放骨折の回復率は94%以上になり、体の5分の1以下の火傷からの回復率は100%になった。^{[ 160 ]}

ペニシリンの化学構造は、1942年にアブラハムによって初めて提唱されました。[ 161 ^{]ドロシー・}ホジキンは、1945年にオックスフォードでX線結晶学を用いてペニシリンの正しい化学構造を決定しました。^{[ 162 ] [ 163 ]} 1945年、米国医学研究委員会と英国医学研究評議会は、さまざまな大学、製薬会社、政府研究部門で行われた化学分析の結果をScience誌に共同で発表しました。この報告書は、β-ラクタムと呼ばれる同じ構造要素を共有するさまざまな形態のペニシリン化合物の存在を発表しました。^{[ 164 ]}ペニシリンは、英国では発見順にローマ数字（ペニシリンI、II、III、IV）で指定され、米国ではその起源または供給源を示す文字（F、G、X、K）で知られています。以下参照。

化学名は化合物の側鎖に基づいていました。1948年にChainは化学名を標準命名法として導入し、これにより「命名法が可能な限り曖昧でなくなる」と述べました。^{[ 165 ]}

1952年、オーストリアのチロル州クンドルで、バイオケミーのハンス・マルグライターとエルンスト・ブランドルが、経口投与用の初の酸安定性ペニシリンであるペニシリンVを開発した。^{[ 166 ]} 1957年、マサチューセッツ工科大学（MIT）のアメリカ人化学者ジョン・C・シーハンが、ペニシリンVの最初の 化学合成を完了した。 ^{[ 167 ] [ 168 ] [ 169 ]}シーハンは1948年にペニシリン合成の研究を開始し、これらの研究中にペプチド合成の新しい方法と、特定の官能基の反応性を覆い隠す新しい保護基を開発した。^{[ 169 ] [ 170 ]}シーハンが開発した最初の合成法はペニシリンの大量生産には適していなかったが、シーハンの合成における中間化合物の1つは、ペニシリンの核となる6-アミノペニシラン酸（6-APA）であった。^{[ 171 ] [ 172 ]}

重要な進展は、6-APA自体の発見でした。1957年、サリーのビーチャム研究所の研究者たちは、P. chrysogenumの培養液から6-APAを単離しました。6-APAはペニシリン（そしてその後多くのβ-ラクタム系抗生物質）の核を構成することがわかり、化学反応によって側鎖を付加することで容易に化学的に修飾されました。^{[ 173 ] [ 174 ]}この発見は1959年にNature誌に掲載されました。^{[ 175 ]}これにより、すべての半合成ペニシリンが6-APAの化学的操作によって製造されるため、新しい改良薬への道が開かれました。^{[ 176 ]}

第2世代半合成β-ラクタム系抗生物質であるメチシリンは、第1世代耐性ペニシリナーゼに対抗するために開発され、1959年に英国で導入されました。メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）は、その1年後の1960年に英国で初めて確認されました。MRSA株は、メチシリンが導入される何年も前から存在していたと考えられます。このことから、既知の耐性メカニズムを回避することを目的とした新薬が、他の抗生物質の広範な使用によって引き起こされる細菌の適応によって無効になる可能性があることが示されました。^{[ 177 ]}

ペニシリンの特許は懸念と対立の種となった。チェインは特許を申請したかったが、フローリーはペニシリンはすべての人に利益をもたらすべきだと主張して反対した。^{[ 36 ]}フローリーはウェルカム・トラストの会長で英国内閣の科学諮問委員会のメンバーであるヘンリー・デール卿と、ウェルカム・トラスト研究所の所長であるジョン・ウィリアム・トレヴァンに助言を求めた。1941年3月26日と27日に、デールとトレヴァンはオックスフォード大学のサー・ウィリアム・ダン病理学学校で会ってこの問題について話し合った。デールはペニシリンの特許取得は非倫理的だと助言した。チェインはひるまず、当時医学研究評議会の事務局長であったエドワード・メランビー卿に接触したが、メランビーも倫理的な理由で反対した。チェインが後に認めたように、彼はメランビーと「多くの激しい論争」を繰り広げたが、^{[ 178 ] [ 179 ]}メランビーの決定は最終的なものとして受け入れられた。^{[ 180 ]}

1945年、モイヤーはペニシリンの製造および分離方法の特許を取得した。^{[ 181 ] [ 182 ]}彼はNRRLの従業員として米国で特許を取得できなかったが、英国特許庁に特許を申請した。彼はそのライセンスを米国の企業であるコマーシャル・ソルベンツ・コーポレーションに与えた。^{[ 181 ]}フレミングはペニシリン製造に関する米国の特許を知ると激怒し、次のようにコメントした。

私はペニシリンを発見し、人類のために無償で提供しました。なぜそれが他国の製造業者の営利目的の独占物になるべきなのでしょうか？^{[ 183 ]}

米国企業によるペニシリン関連技術の特許取得は、英国では英国の科学者が研究を行ったが、報酬は米国の科学者が得たという神話を生み出した。^{[ 181 ]}ロックフェラー財団が1944年に年次報告書を発表した際、イブニング・ニュース紙は、オックスフォード大学の研究チームに対する財団の寛大な支援と、倹約家のMRCの支援を対比させた。^{[ 184 ] [ 185 ]} 1945年4月、英国企業のグラクソは、スクイブ社とメルク社と契約を結び、深層浸漬発酵技術の使用と引き換えに、5年間ペニシリンの売上の5%をロイヤリティとして支払うことになった。グラクソは1946年から1956年の間に約50万ポンド（2025年換算で1080万ポンドに相当）のロイヤリティを支払った。 ^{[ 180 ] [ 181 ]}特許をめぐる論争により、1948年6月に英国国立研究開発公社（NRDC）が設立された。この組織は政府の特許を収集し、それらに対してロイヤリティを徴収した。^{[ 186 ]}

1942年8月27日のタイムズ紙 の社説でペニシリンの治療効果に関するニュースが報じられた後、 ^{[ 187 ]}フレミングはその宣伝効果を楽しんだが、ハワード・フローリーはそうではなかった。彼は、これがまだ供給する必要のないペニシリンの需要を生み出すことを恐れた。^{[ 188 ]}報道陣がサー・ウィリアム・ダン・スクールに到着すると、彼は秘書に「彼らを追い出せ」と言った。^{[ 189 ]}彼はまた、自分のチームが報道陣と話すことを禁じた。^{[ 36 ]}カビの汁とそこから作られた薬の両方がペニシリンと呼ばれていたため、混乱が生じた。^{[ 188 ]}フレミングにペニシリンの開発の功績を与える歪曲された不正確な記述が出版され、放送されたが、フレミングとセント・メアリー病院はそれらの記述を訂正する努力をほとんど、あるいは全くしなかった。^{[ 189 ] [ 190 ]}メディアが伝えようとした物語は、孤独な科学者と偶然の発見というおなじみの物語だった。イギリスの医学史家ビル・バイナムは後にこう書いている。

ペニシリンの発見と開発は、近代の好例と言える。それは、鋭敏な個人（フレミング）が孤立した観察を行ったことと、チームワークと科学的分業（フローリーとそのグループ）を通じてその観察が活用されたこととの対比である。発見自体は古い科学であったが、薬そのものには新しい科学の方法が必要だった。^{[ 191 ]}

1943年、ノーベル委員会は、イギリスの生化学者ルドルフ・ピーターズからフレミングとフローリーに対するノーベル生理学・医学賞の推薦を1件受け取った。ノーベル委員会の事務局長ヨーラン・リリエストランドは同年、フレミングとフローリーの評価を行ったが、当時スウェーデンではペニシリンについてほとんど知られておらず、さらなる情報が必要だと結論付けた。翌年、フレミング単独の推薦が1件、フレミング、フローリー、チェーンの3名による推薦が1件あった。リリエストランドとカロリンスカ研究所の医学教授ナンナ・スヴァルツは彼らの研究を検討し、フレミングとフローリーはノーベル賞に等しくふさわしいと両者とも判断したが、ノーベル委員会は意見が分かれ、その年の賞は「単一神経線維の高度に分化した機能に関する発見」に対して、ジョセフ・エルランガーとハーバート・S・ガッサーに授与することに決定した。^{[ 192 ] [ 193 ]}

1945年にはフローリーとフレミング、あるいはその両方に対する推薦が多数あり、チェーンに対する推薦はリリエストランドから1件のみで、彼は3人全員を推薦した。^{[ 194 ]}リリエストランドは、最初に届いた16件の推薦のうち13件はフレミングに言及していたが、彼だけを言及していたのはわずか3件だったと指摘した。^{[ 195 ]}今回はリリエストランド、スヴェン・ヘラーストロム、アンダース・クリステンソンが評価を行い、彼らは3人全員を支持した。^{[ 193 ]}

委員会がフレミングに単独で賞を授与するか、フレミングに半分、フローリーとチェインにそれぞれ4分の1ずつ授与するという噂があった。フルトンとデールはフローリーに賞を与えるよう働きかけた。^{[ 195 ]}カロリンスカ研究所のノーベル委員会はフレミングに半分、フローリーとチェインにそれぞれ4分の1ずつ授与することを検討したが、最終的には3人で均等に分けることにした。^{[ 193 ]} 1945年10月25日、委員会はフレミング、フローリー、チェインが「ペニシリンの発見と様々な感染症に対するその治療効果」に対して1945年のノーベル生理学・医学賞を均等に分け合うことを発表した。^{[ 196 ] [ 197 ]}ニューヨーク・タイムズが「フレミングと2人の共同研究者」が受賞したと報じたとき、フルトンは翌日の社説で訂正を要求し、それが認められた。^{[ 198 ] [ 199 ] [ 200 ]}

ドロシー・ホジキンは、1964年に「X線技術による重要な生化学物質の構造決定」、特にペニシリンとビタミンB12の決定により_ノーベル化学賞を受賞した。^{[ 201 ]}彼女は、 1911年のマリー・キュリー、 1935年のイレーヌ・ジョリオ＝キュリーに次いで、ノーベル化学賞を受賞した3人目の女性となった。 ^{[ 202 ]}

ペニシリンの治療可能な疾患の範囲が狭いこと、すなわち「作用スペクトル」が狭いこと、および経口投与可能なペニシリンVの活性が低いことから、より広範囲の感染症を治療できるペニシリン誘導体の探索が行われた。ペニシリンの核である6-APAの単離により、ベンジルペニシリンに比べて様々な改良が加えられた半合成ペニシリンの製造が可能になった。アンピシリンはロンドンのビーチャム研究所で開発された。1961年に臨床使用が開始された際、アンピシリンはグラム陰性菌とグラム陽性菌の両方に有効な経口投与可能な最初の半合成ペニシリンであった^{[ 203 ]} 。一方、元のペニシリンはグラム陽性菌にしか有効ではなかった^{[ 203 ]}。

さらなる開発により、フルクロキサシリン、ジクロキサシリン、メチシリンなどのβ-ラクタマーゼ耐性ペニシリンが得られた。これらはβ-ラクタマーゼ産生細菌種に対する活性において重要であったが、MRSA株に対しては効果がなかった。^{[ 204 ]}

ペニシリン系のもう一つの発展は、カルベニシリン、チカルシリン、ピペラシリンなどの抗緑膿菌ペニシリンであり、グラム陰性菌に対する活性に有用であった。β-ラクタム環の有用性は、メシリナム、カルバペネム、そして最も重要なセファロスポリンを含む関連抗生物質が、今でもその構造の中心にそれを保持しているほどであった。^{[ 174 ] [ 205 ]}

β-ラクタムペニシリンは世界で最も広く使用されている抗生物質となった。^{[ 206 ]} Beecham Research Laboratoriesによって開発された半合成ペニシリンであるアモキシシリンとアンピシリン^{[ 207 ] [ 208 ]}は、 20世紀末の米国における外来診療で最も人気のある抗生物質であり^{[ 209 ]}、アモキシシリンは豚の医療で広く使用されていた。^{[ 210 ]} 21世紀初頭には、抗生物質の好みは国によって異なり、ヨーロッパでは、英国とドイツでアモキシシリンが広く使用され、フランス、イタリア、スペインではコ・アモキシクラブのような広域スペクトルの組み合わせが好まれ、スカンジナビア諸国では狭域スペクトルのペニシリンVが使用されていた。^{[ 211 ]}

1940年、エルンスト・チェーンとエドワード・エイブラハムは、ペニシリンに対する抗生物質耐性の最初の兆候として、ペニシリンを分解して抗菌作用を無効にするペニシリナーゼ酵素を産生する大腸菌株を報告した。 ^{[ 212 ] [ 31 ] [ 213 ]}チェーンとエイブラハムはペニシリナーゼの化学的性質を解明し、それをネイチャー誌に次のように報告した。

活性物質が酵素であるという結論は、90℃で5分間加熱すると破壊され、 pH6でシアン化カリウムで活性化されたパパインとインキュベートすると破壊され、セロファン膜を通して透析されないという事実から導き出される。^{[ 214 ]}

フレミングはノーベル賞受賞講演で、臨床現場におけるペニシリン耐性の可能性について警告した。

ペニシリンが誰でも店で買えるようになる時代が来るかもしれない。そうなると、無知な人が簡単に服用量を少なくしてしまい、微生物を致死量以下の薬物にさらすことで耐性を持たせてしまう危険性がある。^{[ 215 ]}

当時、医師の処方箋が必要だったのは毒物だけで、自己治療は現実的な選択肢だった。1947年に英国で抗生物質の処方箋を義務付ける法律が可決され、米国も1951年にそれに続いた。^{[ 216 ]}世界の他の地域では、西洋の医薬品の輸出は西洋の医学知識や実践よりも速く広まり、ペニシリンは伝統医学の施術者によって処方されることが多かった。^{[ 217 ]} 1999年という遅い時期に英国で行われた調査では、回答者の39%が抗生物質で風邪やインフルエンザが治ると誤って信じており、12%が抗生物質がそれらに対する最良の治療法だと信じていることがわかった。^{[ 218 ]}抗生物質に対する誤った信頼は深刻な結果をもたらした。医師の地位は錠剤を提供するだけの存在にまで低下した。以前なら無視していたような病気で医療機関を受診する人が増え、抗生物質を要求する人も多くなった。一方、過労気味の医師たちは、頼まれなくても喜んでそれらを提供するようになった。^{[ 219 ]}

1942年までに、黄色ブドウ球菌の一部の株はペニシリンに対する強い耐性を獲得し、1960年代までには多くの株が耐性を持つようになった。^{[ 220 ]} 1946年、細菌学者のメアリー・バーバーは、ロンドンのハマースミス病院で自然選択によるペニシリン耐性の研究を開始した。彼女は、1946年には8つの細菌感染症のうち7つがペニシリンに感受性があったが、2年後には8つのうち3つしか感受性がなかったことを発見した。看護師は細菌とペニシリンの両方に曝露され、細菌感染症を保有し、伝播していた。バーバーは、10人の助産学生のうち3人が到着時に細菌にコロニー化しており、3か月後には10人のうち7人がコロニー化していることを発見した。問題は、医療従事者のずさんな衛生習慣、抗生物質の予防的使用などの不適切な医療行為、そして赤ちゃんを母親から引き離して、互いに感染し合う可能性のある大規模な病院の新生児室に連れて行くなどのずさんな管理行為であった。^{[ 221 ]}

抗生物質耐性菌感染症は1952年にオーストラリアで報告された。^{[ 221 ]} 1957年から1958年のインフルエンザパンデミックの間、英国では16,000人、米国では80,000人が細菌合併症で死亡し、肺炎にかかった人の28%が死亡した。肺炎の症例のほとんどは病院で感染し、その多くは病院で培養された抗生物質耐性菌株であった。^{[ 222 ]} 1965年には、肺炎連鎖球菌のペニシリン耐性の最初の症例がボストンで報告された。^{[ 223 ] [ 224 ]}それ以来、他の菌株や細菌種が耐性を獲得している。^{[ 212 ]}

1940年代後半から1950年代初頭にかけてアメリカン・シアナミド研究所が行った研究では、ヒナの飼料にペニシリンを添加すると体重増加が10%増加することが実証された。その理由は21世紀になっても議論の的となっている。その後の研究では、動物飼料にペニシリンを添加すると飼料効率が向上し、より均一な成長が促進され、疾病管理が容易になることも示された。 1951年に食品医薬品局（FDA）がペニシリンを家禽や家畜の飼料添加物として使用することを承認した後、製薬会社は需要を満たすために生産を増強した。^{[ 225 ]}

1954年までに、米国では年間910トン（200万ポンド）の抗生物質が生産され、そのうち220トン（49万ポンド）が動物飼料に使用されていました。1990年代には、米国では年間23,000トン（5,000万ポンド）の抗生物質が生産され、その半分が家畜に使用されていました。最大の使用者は依然として家禽産業であり、年間4,800トン（1,050万ポンド）の抗生物質を消費していました。これは豚の4,700トン（1,030万ポンド）、牛の1,700トン（370万ポンド）と比較したものです。農業科学技術評議会による1981年の調査では、動物飼料への抗生物質の使用を禁止すると、食料価格の上昇により、米国の消費者は年間最大35億ドル（2025年には123億9,000万ドルに相当）の費用を負担する可能性があると推定されました。^{[ 225 ]}イギリスでも同様の状況で、1963年までに抗生物質生産量の44%が動物によって消費された。^{[ 226 ]}                  

1950年代半ばまでに、米国では牛乳が凝固せずチーズが作れないという報告があった。FDAは、牛乳がペニシリンで汚染されており、チーズ作りに必要な細菌を殺していることを発見した。1963年、WHOは世界中の牛乳に高濃度のペニシリンが含まれていると報告した。ペニシリンアレルギーの人は、牛乳を飲むと反応を起こす可能性がある。^{[ 227 ]} 1960年、英国では、動物飼料への抗生物質の使用を調査するために、ネザーソープ卿が議長を務める委員会が設立された。1962年、委員会は動物への抗生物質の使用制限を緩和することを勧告した。委員会は、その利点は大きく、細菌が耐性を持つようになったとしても、すぐに新しい抗生物質が開発され、動物の細菌耐性が人間の健康に影響を与えるという証拠はないと主張した。^{[ 228 ] [ 229 ]}

ネザーソープ委員会の結論は、発表される前から新たな研究によって覆され、委員会は1965年にこの問題を再検討するために召集された。新たな研究では、細菌は抗生物質耐性遺伝子を継承できるだけでなく、互いに伝達することもできることが示された。^{[ 230 ]} 1967年には、多剤耐性大腸菌株が英国で15人の子供を死に至らしめた。1971年には、動物への非治療目的での抗生物質の使用が禁止された。他の多くのヨーロッパ諸国もすぐにそれに続いた。^{[ 231 ]}

1995年にスウェーデンが欧州連合（EU）に加盟した時点で、同国では抗生物質成長促進剤（AGP）の全面禁止が10年間実施されていた。スウェーデンが禁止を支持する科学的証拠を提示しない限り、これはより緩やかなEU規則に取って代わられることになっていた。スウェーデンの科学者アンダース・フランクリンとクリスティーナ・グレコ、そしてデンマークの科学者フランク・アーレストラップとヘンリック・ウェゲナーの2人が闘いに加わった。彼らに不利な状況に見えたが、これは英国でのBSEの発生と重なり、激しい政治的圧力につながった。1996年12月、欧州議会の保健福祉常任委員会はAGPの使用禁止を決議した。EUはさらに踏み込み、抗生物質の使用に対する広範な制限を勧告した。^{[ 232 ] [ 233 ]}これらの規制は2019年に採択され、2022年に発効した。^{[ 234 ] [ 235 ]}