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May 19, 2023

Penicillin: Wie ein Wundermittel den Kampf gegen Infektionen während des Zweiten Weltkriegs veränderte

Im März 1942 lag die 33-jährige Anne Miller im Delirium im New Haven Hospital.

Im März 1942 lag die 33-jährige Anne Miller im Delirium im New Haven Hospital, todkrank an einer Septikämie, die sie sich nach einer Fehlgeburt einen Monat zuvor zugezogen hatte. Während ihres Aufenthalts im Krankenhaus in Connecticut versuchten die Ärzte alle erdenklichen Heilmittel – von Sulfonamiden bis hin zu Bluttransfusionen –, da ihre Temperatur zeitweise über 106 Grad stieg.

„Sie war einfach unheilbar“, sagte Eric Lax, Autor von „The Mould in Dr. Florey's Coat“, in einem Telefoninterview. „Es war, als ob heute jemand mit Covid-19 den Bach runtergeht.“

In ihrer Verzweiflung beschafften sich ihre Ärzte einen Esslöffel eines experimentellen Medikaments und gaben ihr eine Injektion. Über Nacht sank ihre Temperatur. Einen Tag später war sie wieder auf und aß.

Das Wundermittel, das ihr das Leben gerettet hat? Eine praktisch unbekannte Substanz namens Penicillin.

Während Forscher auf der ganzen Welt nach einem Impfstoff und Behandlungsmöglichkeiten für das neuartige Coronavirus suchen, spiegelt die Suche den Wettlauf um die Massenproduktion von Penicillin in den Vereinigten Staaten und Großbritannien während des Zweiten Weltkriegs wider.

In den Tagen vor der Einführung von Antibiotika konnte schon ein einfacher Kratzer oder sogar eine Blase zu einer Infektion führen und zum Tod führen. Nach Angaben der National Institutes of Health lag die durchschnittliche Lebenserwartung vor Beginn des 20. Jahrhunderts selbst in der industrialisierten Welt bei 47 Jahren. Infektionskrankheiten wie Pocken, Cholera, Diphtherie und Lungenentzündung verkürzen das Leben. Für sie gab es keine Behandlung.

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Der schottische Biologe Alexander Fleming hatte 1928 in London den Penicillin-Schimmelpilz entdeckt. Fleming versuchte, den Wirkstoff des Schimmelpilzes zu extrahieren, der Bakterien bekämpft, war jedoch erfolglos und gab das Experimentieren auf, heißt es in Lax‘ Buch.

Als 1939 in Europa der Krieg ausbrach, erhielt der australische Arzt Howard Florey Mittel von der Rockefeller Foundation in New York, um Flemings Entdeckung an der Universität Oxford weiter zu untersuchen. Zusammen mit dem dreisten deutschen Emigranten Ernst Chain und dem akribischen Assistenten Norman Heatley arbeitete er an der Entwicklung des Wirkstoffs Penicillin.

Doch im Laufe ihrer Forschung stieß Florey auf ein Hindernis: Den Wirkstoff aus dem Schimmel zu extrahieren war furchtbar schwierig. Immer wieder löste sich der empfindliche Schimmel beim Extraktionsprozess auf, was die Wissenschaftler frustrierte.

Der Esslöffel Penicillin, der Anne Miller heilte, stellte die Hälfte der Gesamtmenge des 1942 in den Vereinigten Staaten verfügbaren Antibiotikums dar. Um sie vollständig behandeln zu können, mussten die Ärzte ihren Urin sammeln und daraus das restliche Penicillin mit einer Wirksamkeit von etwa 70 Prozent extrahieren. und es erneut injizieren, so Lax' Buch.

Durch Versuch und Irrtum hatte das Team herausgefunden, dass Penicillin bei der Bekämpfung von Bakterien bei Tieren viel wirksamer und sicherer war als Sulfadrogen, mit denen damals Infektionen behandelt wurden. Sulfonamide wurden in den 1930er-Jahren von deutschen Wissenschaftlern entdeckt und hatten schwerwiegende Nebenwirkungen. Daher waren Forscher motiviert, eine Alternative zu finden.

Als sie versuchten, Penicillin zu kultivieren, begannen sie mit einigen Tests am Menschen. Im Spätsommer 1940 kratzte sich Albert Alexander, ein 43-jähriger Polizist aus Oxford, bei der Arbeit in seinem Rosengarten im Gesicht. Der Kratzer wurde durch Streptokokken und Staphylokokken infiziert und breitete sich laut „The Mould in Dr. Florey's Coat“ auf seine Augen und seine Kopfhaut aus. Einige Wochen später wurde er in ein Universitätskrankenhaus in Oxford eingeliefert und erhielt dort eine Woche lang Dosen eines Sulfadrogens. Das Medikament heilte ihn nicht nur nicht, es verursachte bei ihm auch einen schrecklichen Ausschlag.

Lax schreibt, dass Alexander monatelang „große Schmerzen“ hatte und „verzweifelt und erbärmlich krank“ war, während er im Krankenhaus lag, ohne dass es eine Heilung gab. Aus den Abszessen in seinem Gesicht und an seinen Armen sickerte „überall Eiter“, schrieb Heatley in sein Tagebuch, bemerkt Lax, und Alexanders linkes Auge entzündete sich so sehr, dass es im Februar 1941 entfernt werden musste.

Die Bakterien fraßen ihn weiter und breiteten sich bald auf seine Lungen und Schultern aus. In seiner Verzweiflung verabreichten ihm die Ärzte 200 Milligramm Penicillin, die damals höchste Einzeldosis, die jemals verabreicht wurde, und anschließend alle drei Stunden drei Dosen von 100 mg, so Lax. Innerhalb von 24 Stunden sei eine „dramatische Verbesserung“ eingetreten, schrieb Heatley.

Alexanders Fieber normalisierte sich wieder und sein Appetit kehrte zurück. Wie bei Anne Miller sammelten die Forscher seinen Urin, um Penicillin zu extrahieren und ihm erneut zu verabreichen.

Laut Lax hatte Alexanders Behandlung bis Ende Februar den gesamten Penicillinvorrat des Landes aufgebraucht. Nach 10 Tagen Stabilität verschlechterte sich sein Zustand ohne weitere Einnahme des Arzneimittels. Eine zweite Kur hätte ihm zur vollständigen Heilung verholfen, aber mehr gab es nicht. „Florey und die anderen sahen hilflos zu, wie ihn eine Flut von Blutvergiftungen erfasste. Am 15. März starb er“, schreibt Lax.

Mit gebrochenem Herzen suchten Florey, Chain und Heatley weiter nach Methoden, um mehr Penicillin zu produzieren. Unterdessen tobte um sie herum die Luftschlacht um England. Vom Sommer 1940 bis zum nächsten Jahr wurden jeden Monat Tausende Zivilisten bei Bombenanschlägen auf alle großen Städte Großbritanniens getötet. Im Herbst 1940 seien allein auf London 50 Millionen Pfund Bomben abgeworfen worden, schreibt Lax.

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Das Oxford-Team arbeitete unter enormem Druck und mit begrenzten Vorräten und erkannte auch den dringenden Wert von Penicillin bei der Behandlung verwundeter Soldaten und Zivilisten.

„Sie wussten, dass von den 10 Millionen Soldaten, die im Ersten Weltkrieg getötet wurden, etwa die Hälfte nicht durch Bomben, Schrapnelle, Kugeln oder Gas starb, sondern an unbehandelbaren Infektionen aufgrund oft relativ kleiner Wunden und Verletzungen“, sagte Lax.

Als Europa immer tiefer in den Krieg versank, erfuhren Labore auf der ganzen Welt von der Penicillin-Forschung des Oxford-Labors und begannen, Proben anzufordern. Laut Lax achteten Florey und sein Team darauf, keine an deutsche Wissenschaftler zu schicken, die sie leicht hätten entwickeln können, um die Kriegsanstrengungen der Nazis zu unterstützen.

Das Oxford-Team hatte solche Angst davor, dass die Droge in die Hände der Nazis fallen könnte, dass das Team, als die Blitzbombenanschläge England erschütterten, ihre Mäntel mit dem Schimmel einrieb, wohl wissend, dass die Sporen lange Zeit auf Stoffen überleben würden, sagte Lax in einem Telefoninterview. Auf diese Weise hatten Forscher, wenn sie gefangen wurden oder schnell reisen mussten, das Tier bei sich und konnten es extrahieren und nachwachsen lassen.

Britische Pharmaunternehmen waren an der Massenproduktion von Penicillin interessiert, waren jedoch durch die Nachfrage nach anderen Medikamenten während des Krieges überlastet. Florey und Heatley suchten im Ausland nach Hilfe und wandten sich erneut an die Rockefeller Foundation in New York. Florey erkannte, dass die Vereinigten Staaten, die noch nicht in den Krieg eingetreten waren, viel mehr Pharmaunternehmen als Großbritannien hatten und viel mehr Kapazitäten zur Herstellung von Penicillin in großem Maßstab hatten.

Florey schloss mit seinen Rockefeller-Kontakten einen Deal ab: Er und Heatley würden den Amerikanern zeigen, wie man Penicillin-Schimmelpilze herstellt. Im Gegenzug würden die Amerikaner Florey ein Kilo der Droge geben. Dies würde den Oxford-Forschern genügend Penicillin zur Verfügung stellen, um Versuche am Menschen für leidende Patienten wie Alexander durchzuführen.

Die Stiftung stimmte zu.

Auf einer gefährlichen Reise aus dem vom Krieg zerrütteten Europa kamen Florey und Heatley am 2. Juli 1941 in New York an.

Durch Rockefeller-Kontakte hatte Florey Zugang zu wichtigen Akteuren der US-Regierung, die sein Projekt unterstützten – darunter das War Production Board und das US-Landwirtschaftsministerium. Eine Woche nach ihrer Ankunft in New Haven reisten Heatley und Florey zum Northern Regional Research Laboratory des USDA in Peoria, Illinois, einer Bauerngemeinde etwa 160 Meilen südwestlich von Chicago.

Robert Coghill, der Leiter der Fermentationsabteilung, erklärte sich bereit, der Sache in Oxford zu helfen, wenn Heatley in Peoria bleiben würde, um die Penicillin-Schimmelpilzkultur in Gang zu bringen. Florey ließ Heatley in Peoria zurück und besuchte US-Pharmaunternehmen in der Hoffnung, einen oder mehrere von ihnen davon zu überzeugen, die Kulturflüssigkeit zu brauen und den Schimmelpilz zu extrahieren, um genug Ertrag für seine Experimente zu erzielen, so „Der Schimmel in Dr. Floreys Mantel“.

Im Herbst hatte Florey Charles Pfizer & Co., Eli Lilly & Co., Merck und andere Pharmafirmen davon überzeugt, an dem Projekt mitzuarbeiten, und er kehrte nach Oxford zurück, um auf sein Kilo Penicillin zu warten.

Doch dann kam der Krieg über die Vereinigten Staaten: Die Japaner griffen am 7. Dezember 1941 in Pearl Harbor vor Anker liegende Schiffe der US-Marine an. Die Kriegserklärung Deutschlands und Italiens an die Vereinigten Staaten veränderte nicht nur den Verlauf des Krieges, sondern auch dessen Verlauf die Entwicklung von Penicillin, schreibt Lax. Da nun Millionen von amerikanischen Leben auf dem Spiel stehen, war Penicillin für US-Pharmaunternehmen nicht mehr nur eine wissenschaftliche Faszination – es war eine medizinische Notwendigkeit.

Zehn Tage nach dem Angriff auf Pearl Harbor begannen Pharmaunternehmen mit der Ausweitung der Penicillinproduktion für Kriegsanstrengungen. Einige experimentierten mit einem Verfahren namens Tieftankfermentation, um das Medikament aus dem Schimmel zu extrahieren. Anstatt Bettpfannen und Dosen zu verwenden, um den Schimmel zu züchten und das Penicillin von oben zu entfernen, wie es Heatley in Oxford tun musste, versuchten sie, den Schimmel in tiefe Tanks zu tauchen und ihn zu fermentieren, um größere Mengen der Droge zu erzeugen. Es war ein großer Durchbruch.

Als der Krieg im Laufe des Jahres 1942 eskalierte, leitete der Forscher Andrew Moyer das USDA-Labor in Peoria, um den wirksamsten Penicillin-Schimmelpilz zu finden, der während der Fermentationsextraktion standhalten würde. Jeden Tag schickte er seine Assistentin Mary Hunt zu lokalen Märkten, um verwesendes Obst oder alles mit Pilzbefall zu kaufen, um ertragreichere Stämme des Penicillin-Schimmelpilzes zu finden, schreibt Lax. Sie erhielt den Spitznamen „Moldy Mary“ und fand einst eine Melone, „mit einem Schimmelpilz, der so stark war, dass er mit der Zeit zum Vorfahren des größten Teils des weltweit hergestellten Penicillins wurde“, so die American Chemical Society.

Im Laufe des Jahres 1943 wurde die Penicillin-Produktion zur zweitwichtigsten Priorität des Kriegsministeriums, nachdem das Manhattan-Projekt den Bau einer Atombombe vorangetrieben hatte.

Im Juli 1943 machte das War Production Board Pläne für eine großflächige Verteilung von Penicillinvorräten an die in Europa kämpfenden alliierten Truppen. Dann arbeiteten die Wissenschaftler rund um die Uhr, um sich auf ein ultimatives Ziel vorzubereiten: genug zu haben, um die D-Day-Invasion zu unterstützen.

Am 6. Juni 1944 landeten 73.000 US-Soldaten an den Stränden der Normandie, verstärkt durch Millionen Dosen des Wundermittels.

Auf den Tag genau vor fast drei Jahren, als Florey und Heatley in New York ankamen, war die amerikanische Penicillinproduktion durch Tieftankfermentation von 0 auf 100 Milliarden Einheiten pro Monat gestiegen – genug, um jedes alliierte Opfer zu behandeln, schreibt Lax.

Anne Miller lebte ein langes und produktives Leben in Connecticut und starb 1999 im Alter von 90 Jahren. Die Krankenakte, die ihre Genesung bei diesem vor langer Zeit durchgeführten Penicillin-Experiment dokumentierte, befindet sich heute im Smithsonian Institution.

Florey bekam nie sein Kilo Penicillin. Er wartete mehr als ein Jahr darauf, dass die Vereinigten Staaten ihr ursprüngliches Abkommen einhielten. Aber da Amerika nun auf zwei Kontinenten Krieg führt, wollte es jeden Tropfen der Droge, die es produzieren konnte.

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