一、英国发现的青霉素在美国产业化

在青霉素被发现的13年后，二战正激烈上演。德国久攻英国不下，调过头来，于1941年6月22日发动“巴巴罗萨”计划，闪电侵袭苏联。

被狂轰滥炸一年之久的英国，这才缓过一口气。此时，牛津大学邓恩学院院长，病理学教授霍华德·弗洛里（Howard Florey，1898-1968）、厄恩斯特·鲍里斯·钱恩（Ernst Boris Chain，1906-1979）、诺曼•希特利（Norman Heatley，1911-2004）等人的青霉素项目，已经面临瓶颈。希特利改进培养条件、测定方法、纯化提取方法，得到了第一批略纯的青霉素。而钱恩利用这些样品，证实青霉素不是“溶菌酶（蛋白）”，而是化学物质。弗洛里则在1940年5月，在小鼠感染模型上验证了青霉素的抗感染效果，文章发表在了《柳叶刀》杂志。

接下来，青霉素在病人身上取得了极好的疗效，媒体也开始报道。青霉素的最初发现者亚历山大•弗莱明（Alexander Fleming, 1881-1955）也主动上门询问进展，并提供了自己保存的青霉素菌种，他已经放弃青霉素研究近十年了。

但是因为青霉素产量不足，明显好转的病人又因停药而去世。大生产工艺极为迫切。英国的制药企业，如葛兰素、博姿（Boots）公司，也尝试过开发青霉素。博姿公司的研发主任戈登•霍布迪（Gordon Hobday，1916-2015，后成为公司董事长，推动了布洛芬ibuprofen的上市），亲自拜访弗莱明，得到了青霉菌株，而后建设了一个大的培养车间，里面放着数不清的奶瓶（milk bottles），应用浅表培养法生产青霉素，但效果一般。据英国制药界人士回忆，当时他们也想开发深层发酵法，但要克服菌种、技术、设备等多个难题，需要极大的投入，必须由政府支持。而限于当时环境，科研环节只能投入有限的人力物力。弗洛里团队的青霉素项目，争取到的资金不过只有数千英镑。

1940年9月，德国开始进行近一年时间的伦敦轰炸。所以，头顶着德国的空袭，面临表面发酵法产量过低的瓶颈，而合成法又毫无头绪时，英国青霉素项目走到了死胡同。如果没有美国于1941年3月通过的《租借法案》援助，英国将打得更艰苦。

1941年7月2日，在洛克菲勒基金会的资助下，弗洛里和希特利两人，随身携带几小瓶青霉素粉和青霉菌株，到达美国东海岸，寻求解决青霉素工业化生产的问题。

7月14日，弗洛里来到北方实验室，双方一拍即合，达成协议，在三个领域展开合作：筛选产率最高的青霉菌菌株；优化培养基配方；提高发酵效率。而希特利也留下来，协助北方实验室。两天后，实验室工作开展。7月底，从英国带来的青霉菌，终于可以在北方实验室顺利生长了。

一开始他们按牛津方法，20万升青霉菌培养液过滤后，理论上其有效成分只够救治100名病人。而且旧有的提取方法每小时只能处理12升培养液，中间损耗较高，效价只有2单位/ml（毫升），远远不能满足实际要求。北方实验室的微生物和真菌学家安德鲁•莫耶（Andrew Moyer，1899-1959）和希特利合作，在几个星期之内，就发现用乳糖代替原来配方中的蔗糖，产率就能大幅提高，达到4单位/ml。

另外，北方实验室正在研究玉米浆的作用。美国盛产玉米，玉米浆是湿法加工玉米的副产品。1941年11月下旬，当莫耶在发酵液中加入玉米浆后，产率一下子提高10倍（不过，相关的论文和专利上只有莫耶的名字），达到40单位/ml。

希特利只开发了青霉菌在培养基（通常是琼脂）表面发酵获得青霉素的技术。采用的是固体表面培养法，即将固体培养基与青霉菌菌种液体混合，放入浅盘中，再将盛有发酵物的浅盘摆放在室内的架子上，保持室内温度，进行发酵，发酵结束后，将青霉素浸提出来，制成干粉。但产量太低，必须要从表面培养法，转变为液体深层培养法。

另外，除了优化发酵工艺，还需要提高菌株的产率。在这一点上，美国也全力发动国家力量和全球运输能力，在全世界范围内带回土壤样本，并从中国重庆、英国开普敦等地的样本中也筛选到了较好的菌株。战争结束时，北方实验室当时已经收集了8万种真菌，2万种细菌。

1943年7月，当地一名家庭主妇，提交了一个样本。从中，筛选得到NRRL-1951株，效价80-100单位/ml。后来世界上大部分制药企业的青霉菌，就来源于这个菌株。媒体还据此写出了一个“玛丽霉菌（Moldy Mary）”的故事。

威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin–Madison）、冷泉港实验室、卡内基实验实验室等，先后对它进行X线、紫外线照射，促使其基因突变，得到了更优的NRRL-1951-B25菌株，效价约500单位/ml。二战结束时，威斯康星大学又得到了Q-176菌株，效价约800-1000单位/ml。

默克公司除了聘请希特利指导外，还请教了一位科研牛人：罗格斯（Rutgers）大学的教授——塞尔曼•威克斯曼（Selman Waksman，1888-1973）。双方在1939年就签订了全面的合作协议，由默克公司资助威克斯曼，系统地研究土壤微生物，从中分离出抗细菌的物质，并转化为新药。双方彼时合作密切。于是当默克公司提出请求，威克斯曼便派出了学生哈罗德•博伊德•伍德拉夫（Harold Boyd Woodruf，1917-2017），他刚在威克斯曼实验室发现放线菌素D（actinomycin D）。

伍德拉夫与希特利合作，改进工艺。半年后，伍德拉夫毕业（1942年），就留在默克工作。他的师兄杰克逊•W.• 福斯特（Jackson W. Foster，？-1966，1939年从威克斯曼实验室毕业后加入斯坦福大学）也在这一时期加入了默克公司，担任发酵工艺部门负责人。1943年，两人合作，为默克申报了两项发酵技术专利。后来威克斯曼的学生艾伯特·沙兹（Albert Schatz，1920-2005）发现链霉素，也按照协议，转让给了默克公司（在威克斯曼的请求下，协议有改动）。而链霉素的生产工艺，也是发酵法，就由伍德拉夫负责。师兄福斯特此时去了德克萨斯大学任教，并把青霉素技术传到了日本。

辉瑞公司与巴杰工业设计（E.B. Badger）公司合作，在该公司工程师玛格丽特•哈钦森•鲁索（Margaret Hutchinson Rousseau，1910-2000，美国第一个化学工程女博士，之前优化了橡胶合成工艺）主持下，在工厂里设置了14个7500加仑的发酵罐。这个新式工厂采用了玉米浆发酵液，和新发现的产量最高的菌种。

青霉素产量有了极为惊人的提高。为盟军在诺曼底登陆而准备的青霉素中，90%是由辉瑞生产的。因此辉瑞也荣获了一个“E”字徽章，表示优异（excellence）。1944年，美国生产了16600亿单位青霉素，而辉瑞生产了其中的1250亿单位，排在世界第一位。当时英国的总产量只有美国的四十分之一。

注：早在弗莱明发现青霉素时，他无法提纯其中的有效成分，无法申请专利。当钱恩纯化青霉素后，他主张申请专利。而弗洛里却不主张专利，而是倾向于放弃专利，造福世界。资助他们的洛克菲勒基金会，也反对申请专利，因为英国方面申请专利后，会影响美国的青霉素产业化进程。就这样，青霉素项目在英国没有申请专利，而美国方面却申请了相应的专利，并成功进行了产业化。

二、英国发现的单克隆抗体技术在美国开花结果

1975年，米尔斯坦在MRC召开的讨论基因工程安全性的会议上（会议地点在牛津大学）发表了关于单克隆抗体的报告。演讲结束后，接受过科学培训的MRC行政官员托尼•维克斯（Tony Vickers）找到了他。维克斯对这一技术很感兴趣，想了解更多信息，并要求提前看其即将发表的文章。米尔斯坦于7月10日把文章预印稿寄给了他。

维克斯看过文章后，就被杂交瘤技术的商业前景震惊，他立即通知负责为MRC发明申请专利的国家研究开发公司（National Research Development Corporation，NRDC），看看他们是否可以申请专利。因为青霉素项目在美国落地，使得美国制药业一夜间占据世界首位，刺痛了英国制药界，所以专门成立了NRDC这一机构，协调重大科研项目的成果转化。但凡政府机构的科研成果，必须由这一机构申报专利。

NRDC得知消息后，经过评估，认可了这一技术具备潜在商业价值。但是，行动必须迅速，因为当时英国专利法不允许在提交专利申请之前披露任何作品，包括发表文章。维克斯很快给米尔斯坦回信，告诉他，NRDC会有人联系申报专利事宜。但是，接下来什么都没有发生，文章于1975年8月在《自然》杂志发表。申报专利的期限过了。

更加积极利用这一技术的，是美国威斯塔研究所的科普罗夫斯基（Hilary Koprowski）。单抗的论文一发表，他就向米尔斯坦索要这一杂交瘤细胞。米尔斯坦按照科学界惯例于1976年9月，把X63杂交瘤细胞提供给他。条件是科普罗夫斯基在发表文章时注明细胞来源，非许可不得传给其他科学家，而且不能用这些细胞的产品申请专利。1977年科普罗夫斯基要把这些细胞转交给另一位科学家，专门写信要求同意。米尔斯坦于1977年5月回信同意，并强调，由这些细胞产生的产品不应成为任何专利的标的。

但是，科普罗夫斯基并没有遵守专利方面的约定，因为仅一个月后，他就申报了两个单克隆抗体的专利，一个用于肿瘤诊断，一个用于检测流感病毒。分别于1979年和1980年被授权。而直到1979年第一个专利授权后，米尔斯坦才得知这一消息。

在1980年的一次采访中，米尔斯坦认为自己（包括生物技术界的英国同行）在专利方面“太幼稚和缺乏经验（too green and inexperienced）”，透露出对美国同行的失望。但科普罗夫斯基公开宣称，双方在专利方面并没有达成约定。据米尔斯坦回忆，双方通过信件的方式，就专利问题达成了一致。而且，米尔斯坦提供了双方信件往来的复印件，确证明了米尔斯坦的话，但是遗憾的是，他找不到科普罗夫斯基签署同意的回信。当记者问米尔斯坦对杂交瘤技术没能申报专利一事是否生气，米尔斯坦回答：“我不生气，生气的是Margaret Thatcher。”

而到1990年代，单抗技术在美国遍地开花时，英国人也得知了单抗技术未申请专利的原因，认为是一个耻辱，是第二次“青霉素产业化事件”。

注：近年来，单抗药物成为全球制药领域中增长最快的细分领域之一。 截止2021年底，美国FDA批准了93个单克隆抗体药物。全球抗体药物市场于2021年首次突破2000亿美元（包含ADC、双抗数据），复合增长率远高于全球生物药复合增长率。

青霉素专利事件和单克隆抗体专利事件，改变了世界制药工业的格局。

（本文摘自《新药史话：从万能药到生命科学前沿》（彭雷，清华大学出版社，2022-07出版）第二章《工业革命、战争与世界制药工业体系 》、第十章《终极堡垒与至强武器：免疫疗法》，有删节）