После получения медицинского диплома Эрлих был назначен главным врачом клиники Фридриха фон Фрерихса берлинской больницы «Шарите» и здесь продолжил гематологические исследования. Но теперь он занимался окрашиванием живых тканей. Окрашивая больную печень, Эрлих видел туберкулезных зародышей еще до Коха. Но понял это только на заседании берлинского физиологического общества в марте 1882 года, когда Кох докладывал об открытии туберкулезного микроба. Как говорил ученый позднее: «Это было самое захватывающее переживание в моей научной жизни».

В 1883 году Эрлих женился на Хедвиге Пинкус, дочери фабриканта-текстильщика. В семье у них было две дочери.

В 1885 году Эрлих опубликовал труд «Потребность организма в кислороде», в котором сформулировал теорию боковых цепей деятельности клеток. «Живая протоплазма должна соответствовать гигантской молекуле, взаимодействующей с обычными химическими молекулами так, как солнце с мельчайшими метеоритами, – писал Эрлих. – Мы можем предположить, что в живой протоплазме ядро со специальной структурой отвечает за специфические, свойственные клетке функции и к этому ядру присоединены наподобие боковых цепей атомы и их комплексы».

В 1888 году ученый во время лабораторного эксперимента заразился туберкулезом и вместе с семьей отправился лечиться в Египет. В Африке ученый не только не излечился, но, напротив, к туберкулезу прибавился еще и диабет. Тем не менее, почувствовав себя лучше, Эрлих в 1890 году вернулся в Берлин. В течение некоторого времени он работал в собственной лаборатории, пока Кох не нашел для него должность сначала в Моабитской муниципальной больнице, а затем в Институте инфекционных заболеваний.

Здесь Эрлих продолжал исследования в области иммунологии. Он установил, что антитела у млекопитающих могут передаваться с материнским молоком, а это создает пассивный иммунитет для потомства.

Благодаря своей веселости и скромности Эрлих легко приобретал друзей, но, будучи вместе с тем и неглупым человеком, он старался, чтобы в число этих друзей попадали иногда и влиятельные люди. В 1896 году он оказывается вдруг директором своей собственной лаборатории, носившей громкое название: «Прусский королевский сывороточный институт». Этот институт находился в Штеглице, близ Берлина, и состоял всего из двух комнат; в одной из них раньше помещалась пекарня, а в другой, поменьше, была конюшня.

«Причина всех наших неудач заключается в недостаточной точности работы, – говорил Эрлих, вспоминая, как один за другим лопались мыльные пузыри пастеровских вакцин и сывороток Беринга. – Обязательно должны быть какие-то математические законы, управляющие действием ядов, вакцин и сывороток».

Он использовал свои знания в области химии для стандартизации механизмов действия токсинов, антитоксинов и сывороток.

В 1899 году Институт разработки и контроля сывороток был расширен и переведен во Франкфурт-на-Майне. В это время Эрлих опубликовал свои окончательные выводы по применению теории боковых цепей в иммунологии. Следуя направлениям, которые он развил в труде по кислородной потребности организмов, ученый подчеркивал, что антитела могут вырабатываться не только в результате прямых химических взаимодействий между токсинами (или другими антигенами) и клетками. Поскольку антитела похожи на некоторые питательные вещества, они могут реагировать с рецепторами, расположенными на поверхности клеток. В результате клетки начинают усиленно вырабатывать такие рецепторы, взаимодействующие в крови с токсинами. Следовательно, в роли антител могут выступать рецепторы клеток, с которыми взаимодействуют антигены.

Теория боковых цепей оказала большое влияние на развитие науки, хотя лишь немногие ученые согласились с ней полностью. Важнейшее достижение Эрлиха состояло в том, что он представил взаимодействие между клетками, антителами и антигенами как химические реакции.

В 1908 году Эрлиху совместно с Мечниковым была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за работу по теории иммунитета».

В нобелевской лекции ученый выразил уверенность в том, что ученые начали «понимать механизм действия терапевтических веществ…». «Я надеюсь также, – отметил он далее, – что, если эти направления будут систематически развиваться, вскоре нам станет легче, чем до сих пор, разрабатывать рациональные пути синтеза лекарств».

Как пишет П. де Крайф: «Все свои знания и идеи Пауль Эрлих черпал из книг. Вся его жизнь протекала среди научной литературы; он выписывал химические журналы на всех известных ему языках и несколько – на неизвестных. Его лаборатория настолько была завалена книгами, что, когда входил посетитель и Эрлих говорил ему: «Садитесь, прошу вас!», то садиться было некуда. Из всех карманов его пиджака – если только он не забывал его надеть – торчали журналы, а приносившая ему утром кофе горничная спотыкалась и падала на невероятные горы книг, наполнявших его спальню. Из-за своей страсти к книгам и дорогим сигарам Эрлих всегда был в нужде».

В 1901 году он прочитал об исследованиях Альфонса Лаверана, и с этого, собственно, начались его восьмилетние поиски «магической пули». Лаверан, как известно, открыл микроб малярии, а в последнее время упорно работал над трипаносомами. Впрыскивая мышам этих хвостатых дьяволов, вызывающих у лошадей так называемую болезнь Кадера с поражением всей задней части тела, Лаверан нашел, что трипаносомы убивают мышей в ста случаях из ста. Затем он впрыскивал под кожу зараженным мышам мышьяк и наблюдал от этого некоторое улучшение, но в конце концов ни одна из мышей окончательно не поправилась.

В 1902 году Пауль Эрлих приступил к делу. Ему удалось внедрить в практику лечение одного вида малярии метиленовой синькой. Затем он начал уничтожать трипаносом, испытывая для этого очень ядовитые трипановые краски. Попутно он установил, что микроорганизмы довольно быстро приспосабливаются к химическому оружию, направляемому против них, и становятся к нему устойчивыми; это делало его надежды менее реальными.

К счастью, среди его поклонников было много богатых людей. В 1906 году Франциска Шпейер, вдова банкира, пожертвовала крупную сумму денег на постройку института имени Георга Шпейера, на покупку оборудования и мышей и на приглашение экспертов-химиков, которые могли бы составлять самые сложные краски. Без этих денег Эрлиху вряд ли удалось бы когда-нибудь «отлить волшебные пули».

Целый день ученый проводил в лаборатории, но с красками ровно ничего не выходило. «Когда Эрлих уже был на грани отчаяния, он узнал, что химикам удалось открыть некий неядовитый мышьяковый препарат, который за его неядовитость так и был назван «атоксил», – пишет М.И. Яновская. – Этот препарат якобы почти излечивал мышей от сонной болезни. Но неядовитость атоксила была чистейшей выдумкой: препарат убивал мышей, даже не болевших сонной болезнью; его осмелились испробовать на больных этой болезнью африканцах, и он лишил их зрения. Но Эрлих и не думал принимать на веру утверждение о безвредности атоксила. Он проверил препарат и убедился в его безусловной ядовитости; попутно выяснил и другое: можно изменить структурную формулу атоксила, и тогда он действительно станет неядовитым. И Эрлих пустился в совершенно фантастическую эпопею с изменением ядовитого мышьяка в его неядовитую, больше того, целебную разновидность».

День за днем Эрлих работал в своей лаборатории и наконец установил, что атоксил может быть видоизменен.

В течение последующих двух лет он проделал много опытов над мышами с различными препаратами мышьяка, которые ему удалось составить. Однако всегда обнаруживалось, что, уничтожая болезнь Кадера, лекарство одновременно убивало мышей, вызывая злокачественную желтуху.

И все-таки упорство Эрлиха в 1909 году было вознаграждено.

«Сжигая себя с двух концов, – так как ему было уже за пятьдесят и смерть была не за горами, – Пауль Эрлих наткнулся на свой знаменитый препарат «606», который ему, конечно, никогда в жизни не удалось бы найти без помощи Бертхейма, – пишет П. де Крайф. – Этот препарат был продуктом тончайшего химического синтеза, и его приготовление было сопряжено с опасностями взрыва и пожара от большого количества неизбежных при этом эфирных паров. Кроме того, его чрезвычайно трудно было сохранять, так как самая ничтожная примесь воздуха грозила превратить его из невинного лекарства в страшный яд.