Sejarah Penemuan Penisilin: Dari Alexander Fleming hingga Mary Hunt

tirto.id - JB Prizker, gubernur negara bagian Illinois, Amerika Serikat, melalui cuitannya di Twitter pada 18 Agustus 2021 lalu mengumumkan bahwa Penicillium rubens disahkan sebagai mikrob resmi negara bagian Illinois. Dalam cuitannya, Illinois sangat bangga bahwa produksi massal penisilin pertama pada tahun 1940-an dilakukan di National Center for Agricultural Utilization Research (NCAUR) di Peoria (dulu bernama Northern Regional Research Laboratory, NRRL).

Produksi massal itu telah berhasil menolong banyak nyawa, terutama prajurit Amerika Serikat yang bertugas di Perang Dunia II. Namun, Gubernur Prizker menyesalkan hilangnya kisah—dan kontribusi besar—si Moldy Mary, alias Nona Mary Hunt.

Mary Hunt adalah ahli bakteriologi yang pada 1941 bekerja sebagai anggota tim di NRRL bersama Andrew Moyer, Norman Heatley, dan Howard Florey dalam upaya memproduksi penisilin secara massal.

“Heatley dan Florey tiba dari Oxford, Inggris, untuk menjajaki produksi skala percontohan bahan bakteriostatik dari penicillium Fleming sehubungan dengan rencana pertahanan medis. Dapatkah Anda segera menyiapkan…,” demikian bunyi telegram bertanggal 9 Juli 1941 dari Departemen Pertanian AS kepada Direktur NRRL.

Florey dan Heatley baru mendarat di Lapangan Udara LaGuardia sepekan sebelumnya, dengan spora Penicillium dari Oxford tersimpan di dalam kantong mantel mereka. Segera setelah tiba di Peoria, semua ilmuwan yang terlibat dalam tim Florey bekerja keras membiakkan Penicillium selundupan itu. Baru pada akhir Juli 1941, biakan itu berhasil. Langkah selanjutnya adalah bagaimana membiakkan Penicillium secara massal sehingga tersedia cukup penisilin untuk merawat para pasien?

Moyer menyarankan untuk menggunakan corn steep liquor, produk turunan dari penggilingan jagung yang menjadi limbah dan dibuang di Sungai Illinois. Alasannya praktis, cairan kental kaya nitrogen itu tersedia dalam jumlah melimpah dan tidak dimanfaatkan warga Peoria. Penggunaan liquor jagung dalam proses fermentasinya berhasil meningkatkan panen penisilin hingga 1.000 persen.

Namun ada yang lebih dibutuhkan untuk membuat produksi massal ini berhasil, yaitu berburu kapang Penicillium yang lebih kuat dan ampuh. NRRL lalu memerintahkan semua prajurit US Army Transport Command untuk membawa ke Peoria semua kapang dan sampel tanah dari wilayah mana pun yang mereka singgahi. Di Peoria, para ilmuwan gabungan ahli jamur, mikrobiologi, bakteriologi, dan kimia sibuk memeriksa ratusan buah dan sayur busuk, roti basi, atau keju tua demi mencari galur kapang Penicillium paling ampuh.

Mary Hunt, ahli bakteriologi anggota tim, memanfaatkan kegemaran dan kemampuannya berbelanja untuk menjelajah seluruh pasar di Peoria untuk mencari kapang paling ampuh. Konon ia sempat dikira sebagai pembeli yang irit dan pemilih karena selalu memeriksa dengan teliti keberadaan kapang pada buah-buahan yang ia beli, sampai-sampai mendapatkan julukan Moldy Mary—Si Mary Berkapang. Kegigihan Mary akhirnya berbuah manis ketika ia berhasil menemukan sebutir blewah yang agak busuk dengan kapang berwarna keemasan yang bagi Mary terlihat sempurna. Ia membawanya ke laboratorium dan memberi kode “Mold No. 72”.

Kapang No. 72 ini kemudian diidentifikasi sebagai Penicillium chrysogenum, yang ternyata menghasilkan penisilin 200 kali lebih banyak ketimbang Penicilliumnotatum yang digunakan Alexander Fleming—penemu penisilin 13 tahun sebelumnya. Bahkan dengan teknik filtrasi dan sinar-X untuk memancing mutasi, penisilin yang dihasilkan meningkat hingga 1.000 kali. Produksi massal pun akhirnya memungkinkan untuk dilakukan menggunakan Kapang No. 72, hasil belanja cermat Nona Mary.

Percobaan Pertama

Pada 14 Maret 1942, Anne Miller terbaring meregang nyawa di New Haven Hospital karena darahnya mengalami keracunan. Sebulan sebelumnya, Nyonya Miller mengalami keguguran. Tak selesai dengan kehilangan bayi, Nyonya Miller harus berjuang bertahan hidup karena bakteri streptococcustelah mengkoloni darahnya. Dokter John Bumstead yang merawatnya hampir putus asa. Tetapi ia lantas teringat cerita seorang dokter lain bahwa seorang peneliti dari Oxford tengah berada di laboratorium pertanian di Peoria, mengembangkan sebuah obat bernama penisilin, yang kabarnya berkali-kali lipat lebih ampuh melawan bakteri mana pun.

Dengan berbagai upaya menembus birokrasi hingga ke Committee of Chemotherapy di Washington DC—badan yang mengontrol obat-obatan penting selama Perang Dunia II—Dokter Bumstead berhasil mendapatkan 5,5 gram penisilin untuk pasiennya. Jumlah itu adalah setengah dari jumlah penisilin yang dimiliki Amerika Serikat saat itu. Farmasi-farmasi besar belum sampai pada tahap produksi massal. (Lax, Eric, The Mold in Dr. Florey’s Coat. The Story of the Penicillin Miracle, 2004).

Setelah menerima suntikan penisilin, demam Miller berhasil turun dan ia bisa menelan makanan lagi. Kesehatannya berangsur pulih seiring lenyapnya bakteri streptococcus di dalam darahnya. Miller tercatat sebagai pasien pertama yang nyawanya berhasil diselamatkan berkat penisilin.

Miller bisa jadi meninggal dalam duka berlapis pasca-keguguran apabila Howard Florey dan Norman Heatley tidak nekat meninggalkan Inggris dan menuju kota kecil Peoria di Illinois.

Pada 1939, Howard Florey membentuk sebuah tim di Oxford untuk meneliti penisilin. Ia merekrut Norman Heatly, ahli fungi yang bertugas membiakkan Penicillium spp. dalam jumlah besar; dan Ernst Chain, yang berhasil mengekstraksi kapang untuk mendapatkan penicillin murni. Tim Florey ini kemudian melakukan ujicoba pada hewan—proses penting yang tidak dilakukan Alexander Fleming ketika mengidentifikasi potensi antibakterial Penicillium. (Gaynes R. The Discovery of Penicillin—New Insights After More Than 75 Years of Clinical Use. Emerg Infect Dis. 2017).

Pada 25 Mei 1939, tim Florey menyuntikkan galur streptococcus yang ganas kepada 8 ekor tikus. Empat ekor tikus diberi penisilin, sedangkan 4 tikus lainnya dijadikan sebagai kontrol dan tidak mendapatkan perlakuan. Keesokan harinya, semua tikus kontrol mati, sedangkan tikus yang mendapat perlakukan dengan penisilin masih hidup. Chain menyebut hasilnya sebagai “keajaiban” dan mengumumkan temuan mereka dalam The Lancet.

Dilaporkan bahwa penggunaan penisilin memiliki potensi yang cukup untuk melindungi hewan yang terinfeksi Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus, dan Clostridium septique. (Chain E, Florey HW, Gardner NG, Heatley NG, Jennings MA, Orr-Ewing J, et al. Penicillin as a chemotherapeutic agent. Lancet. 1940).

Penisilin pertama kali diujicobakan pada seorang polisi Oxford yang mengalami infeksi parah sehingga tubuhnya penuh abses. Dalam 24 jam setelah pemberian penisilin, terjadi perubahan yang menggembirakan. Tetapi tim Florey tidak memiliki banyak persediaan. Polisi tersebut akhirnya meninggal beberapa pekan kemudian karena pengobatan yang belum selesai.

Kebutuhan untuk memproduksi penisilin dalam skala industri tidak dapat dipenuhi oleh pemerintah Inggris karena semua perusahaan farmasi besar di Inggris fokus pada produksi obat-obatan lain yang sudah ditentukan untuk Perang Dunia II. Florey pun berpaling ke Amerika Serikat yang saat itu belum terlibat dalam Perang Dunia II—sampai akhirnya Jepang menyerang Pearl Harbor pada Desember 1941.

Produksi Massal

Keterlibatan Inggris dalam Perang Dunia II membawa konsekuensi bahwa tentara Nazi bisa setiap saat menduduki Inggris. Itu berarti tim Florey harus menghancurkan semua kerja penelitian mereka dalam hitungan jam sehingga tidak jatuh di tangan musuh. Tim Florey menemukan cara sederhana yang brilian untuk menyimpan spora Penicillium. Lima orang anggota tim menggosokkan spora Penicillium ke pakaian mereka. Setidaknya jika ada satu orang saja berhasil selamat, maka penelitian tersebut tetap dapat dilanjutkan di tempat baru. Spora dapat tetap dorman selama bertahun-tahun dan tidak terdeteksi. (Lax, Eric, The Mold in Dr. Florey’s Coat. The Story of the Penicillin Miracle, 2004).

Keputusan Florey dan Heatley terbang ke Amerika Serikat merupakan keputusan yang tepat. Heatley tinggal di Peoria menyempurnakan proses pembiakan Penicillium dalam jumlah besar, sementara Florey melobi pemerintah AS dan pabrik-pabrik farmasi besar untuk membujuk mereka memproduksi penisilin. Pemerintah AS akhirnya mengambil alih produksi penisilin ketika AS resmi terlibat dalam Perang Dunia II.

Pada akhir 1941, AS memiliki persediaan penisilin yang hanya cukup untuk mengobati kurang dari 100 pasien. Namun pada September 1943, produksi penisilin AS cukup untuk merawat seluruh tentara Sekutu. Sementara tentara Jerman hanya mengandalkan sulfanilamide yang kurang efektif melawan infeksi. (Gaynes R. The Discovery of Penicillin—New Insights After More Than 75 Years of Clinical Use. Emerg Infect Dis. 2017).

Kerja keras tim Florey melanjutkan penemuan Alexander Fleming 12 tahun sebelumnya telah membawa perubahan besar dalam dunia kedokteran. Ketika Alexander Fleming menemukan potensi antibakterial di Penicillium pada 28 September 1928, tepat hari ini 93 tahun lalu, Fleming tidak melanjutkannya dengan isolasi atau uji pada hewan percobaan. Fleming memang melaporkan potensi Penicillium dan memperkenalkan istilah “penicillin” dalam Fleming, A. “Classics in infectious diseases: on the antibacterial action of cultures of a penicillium, with special reference to their use in the isolation of B. influenzae (cetak ulang dari British Journal of Experimental Pathology 10:226-236, 1929. Reviews of infectious diseases vol. 2,1 (1980): 129-39). Namun, selama lebih dari satu dekade, temuan itu tidak mengalami kemajuan apa pun, hingga akhirnya Florey dan tim melanjutkannya.

Penemuan besar mereka membawa era baru dalam dunia kedokteran, yaitu antibiotik. Pada 1945, Alexander Fleming, Ernst Chain, dan Howard Florey, berbagi Hadiah Nobel Kedokteran atau Fisiologi. Sementara Norman Heatly tidak termasuk yang mendapatkan Hadiah Nobel, terlebih Mary Hunt yang dilupakan.