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Jun 30, 2023

Die wahre Geschichte hinter Penicillin

Dr. Howard Markel

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Die Entdeckung von Penicillin, einem der ersten Antibiotika der Welt, markiert einen echten Wendepunkt in der Menschheitsgeschichte – als Ärzte endlich ein Mittel hatten, mit dem sie ihre Patienten vollständig von tödlichen Infektionskrankheiten heilen konnten.

Viele Schulkinder können die Grundlagen aufsagen. Penicillin wurde im September 1928 in London entdeckt. Der Geschichte zufolge kehrte Dr. Alexander Fleming, der diensthabende Bakteriologe am St. Mary's Hospital, von einem Sommerurlaub in Schottland zurück und fand dort einen unordentlichen Labortisch und vieles mehr vor.

Bei der Untersuchung einiger Kolonien von Staphylococcus aureus stellte Dr. Fleming fest, dass ein Schimmelpilz namens Penicillium notatum seine Petrischalen kontaminiert hatte. Nachdem er die Schalen sorgfältig unter sein Mikroskop gestellt hatte, stellte er zu seinem Erstaunen fest, dass der Schimmel das normale Wachstum der Staphylokokken verhinderte.

Sir Alexander Fleming (1881 – 1955) untersucht eine Reagenzglaskultur mit einer Handlinse. Foto von Chris Ware/Getty Images.

Fleming brauchte noch ein paar Wochen, um genug von dem hartnäckigen Schimmel zu züchten, sodass er seine Ergebnisse bestätigen konnte. Seine Schlussfolgerungen erwiesen sich als phänomenal: Es gab einen Faktor im Penicillium-Schimmel, der nicht nur das Wachstum der Bakterien hemmte, sondern, was noch wichtiger ist, zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten genutzt werden könnte.

Wie Dr. Fleming über dieses wichtige Datum schrieb: „Als ich am 28. September 1928 kurz nach Sonnenaufgang aufwachte, hatte ich sicherlich nicht vor, die gesamte Medizin zu revolutionieren, indem ich das erste Antibiotikum oder Bakterienkiller der Welt entdeckte. Aber ich Ich schätze, das war genau das, was ich getan habe.

Vierzehn Jahre später, im März 1942, wurde Anne Miller die erste zivile Patientin, die erfolgreich mit Penicillin behandelt wurde. Sie lag im New Haven Hospital in Connecticut dem Tode nahe, nachdem sie eine Fehlgeburt erlitten und eine Infektion entwickelt hatte, die zu einer Blutvergiftung führte.

Doch hinter dieser historischen Abfolge von Ereignissen steckt noch viel mehr.

Tatsächlich verfügte Fleming weder über die Laborressourcen in St. Mary's noch über den chemischen Hintergrund, um die nächsten großen Schritte zu unternehmen: den Wirkstoff des Penicillium-Schimmelpilzsaftes zu isolieren, ihn zu reinigen, herauszufinden, gegen welche Keime er wirksam war und wie man ihn verwendet . Diese Aufgabe fiel Dr. Howard Florey zu, einem Pathologieprofessor und Direktor der Sir William Dunn School of Pathology an der Universität Oxford. Er war ein Meister darin, Forschungsstipendien von geizigen Bürokraten zu erpressen, und ein absoluter Meister darin, ein großes Labor voller talentierter, aber schrulliger Wissenschaftler zu verwalten.

Diese bahnbrechende Arbeit begann im Jahr 1938, als Florey, der sich schon lange für die Art und Weise interessierte, wie Bakterien und Schimmelpilze sich auf natürliche Weise gegenseitig abtöten, beim Durchblättern einiger früherer Ausgaben des British Journal of Experimental Pathology auf Flemings Artikel über den Penicillium-Schimmel stieß. Bald darauf versammelten sich Florey und seine Kollegen in seinem gut ausgestatteten Labor. Sie beschlossen, die Wissenschaft hinter dem zu entschlüsseln, was Fleming die „antibakterielle Wirkung“ von Penicillium nannte.

Eine Petrischale mit Penicillin, die ihre hemmende Wirkung auf einige Bakterien zeigt, auf andere jedoch nicht. Foto von Keystone Features/Getty Images.

Einer von Floreys klügsten Mitarbeitern war ein Biochemiker, Dr. Ernst Chain, ein jüdischer deutscher Emigrant. Chain war ein schroffer, aggressiver und überaus sensibler Mann, der ständig mit Florey darüber stritt, wer die Anerkennung für die Entwicklung von Penicillin verdiente. Trotz ihrer Kämpfe produzierten sie eine Reihe roher Kulturflüssigkeitsextrakte aus Penicilliumschimmel.

Im Sommer 1940 konzentrierten sich ihre Experimente auf eine Gruppe von 50 Mäusen, die sie mit tödlichen Streptokokken infiziert hatten. Die Hälfte der Mäuse starben eines elenden Todes an einer überwältigenden Sepsis. Die anderen, denen Penicillin-Injektionen verabreicht wurden, überlebten.

Zu diesem Zeitpunkt erkannte Florey, dass er über genügend vielversprechende Informationen verfügte, um das Medikament an Menschen zu testen. Aber das Problem blieb bestehen: Wie kann man genügend reines Penicillin herstellen, um Menschen zu behandeln? Trotz der Bemühungen, die Ausbeute der Schimmelpilzkulturen zu steigern, waren 2.000 Liter Schimmelpilzkulturflüssigkeit nötig, um genug reines Penicillin zu erhalten, um einen einzigen Fall von Sepsis bei einem Menschen zu behandeln.

Im September 1940 lieferte der 48-jährige Albert Alexander, ein Polizeibeamter aus Oxford, den ersten Testfall. Alexander hat sich bei der Arbeit in seinem Rosengarten das Gesicht verletzt. Der mit Streptokokken und Staphylokokken infizierte Kratzer breitete sich auf seine Augen und seine Kopfhaut aus. Obwohl Alexander in die Radcliffe-Krankenstation eingeliefert und mit Dosen von Sulfadrogen behandelt wurde, verschlimmerte sich die Infektion und führte zu schwelenden Abszessen im Auge, in der Lunge und in der Schulter. Eines Abends erfuhren Florey und Chain am Haupttisch von dem schrecklichen Fall und fragten sofort die Radcliffe-Ärzte, ob sie ihr „gereinigtes“ Penicillin ausprobieren könnten.

Nach fünf Tagen der Injektionen begann sich Alexander zu erholen. Aber Chain und Florey hatten nicht genug reines Penicillin, um die Infektion auszurotten, und Alexander starb schließlich.

Ein Labortechniker untersucht Flaschen mit Penicillin-Kultur, aufgenommen von James Jarche für die Zeitschrift Illustrated im Jahr 1943.

Eine weitere wichtige Figur im Labor war ein Biochemiker, Dr. Norman Heatley, der alle verfügbaren Behälter, Flaschen und Bettpfannen nutzte, um Fässer mit dem Penicillin-Schimmel zu züchten, die Flüssigkeit abzusaugen und Methoden zur Reinigung des Antibiotikums zu entwickeln. Die provisorische Schimmelpilzfabrik, die er errichtete, war so weit wie möglich von den riesigen Gärtanks und der hochentwickelten Chemietechnik entfernt, die heute die moderne Antibiotikaproduktion kennzeichnen.

Im Sommer 1941, kurz bevor die Vereinigten Staaten in den Zweiten Weltkrieg eintraten, flogen Florey und Heatley in die Vereinigten Staaten, wo sie mit amerikanischen Wissenschaftlern in Peoria, Illinois, zusammenarbeiteten, um ein Mittel zur Massenproduktion dessen zu entwickeln, was als Wunder bekannt wurde Arzneimittel.

Florey und Heatley waren sich bewusst, dass der Pilz Penicillium notatum nie genug Penicillin produzieren würde, um Menschen zuverlässig zu behandeln, und suchten nach einer produktiveren Art.

An einem heißen Sommertag kam eine Laborassistentin, Mary Hunt, mit einer Melone, die sie auf dem Markt gekauft hatte und die mit einem „hübschen, goldenen Schimmel“ bedeckt war. Durch einen Zufall stellte sich heraus, dass es sich bei dem Schimmel um den Pilz Penicillium chrysogeum handelte, der die 200-fache Menge an Penicillin produzierte wie die von Fleming beschriebene Art. Doch selbst diese Art musste durch mutationsverursachende Röntgenstrahlen und Filterung verstärkt werden, wodurch letztendlich 1.000-mal mehr Penicillin produziert wurde als bei den ersten Chargen von Penicillium notatum.

Im Krieg bewährte sich Penicillin. Im Laufe der Geschichte waren Infektionen und nicht Kampfverletzungen die Haupttodesursache in Kriegen. Im Ersten Weltkrieg lag die Sterblichkeitsrate durch bakterielle Lungenentzündung bei 18 Prozent; im Zweiten Weltkrieg sank sie auf weniger als 1 Prozent.

Dies ist der Penicillin-Tisch in einem US-amerikanischen Evakuierungskrankenhaus in Luxemburg im Jahr 1945. Foto von Photo12/UIG.

Von Januar bis Mai 1942 wurden 400 Millionen Einheiten reines Penicillin hergestellt. Bis zum Ende des Krieges produzierten amerikanische Pharmaunternehmen monatlich 650 Milliarden Einheiten.

Ironischerweise beschäftigte sich Fleming nach seinen ersten Beobachtungen im Jahr 1928 nur noch wenig mit Penicillin. Ab 1941, nachdem Nachrichtenreporter begannen, über die ersten Versuche mit dem Antibiotikum an Menschen zu berichten, wurde der unscheinbare und sanfte Fleming als Entdecker des Penicillin gefeiert. Und sehr zu Floreys stiller Bestürzung wurden die Beiträge der Oxford-Gruppe praktisch ignoriert.

Dieses Problem wurde 1945 teilweise behoben, als Fleming, Florey und Chain – nicht jedoch Heatley – den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielten. In seiner Dankesrede warnte Fleming vorausschauend, dass der übermäßige Gebrauch von Penicillin zu bakterieller Resistenz führen könnte.

Im Jahr 1990 machte Oxford das Versehen des Nobelkomitees wett, indem es Heatley die erste Ehrendoktorwürde der Medizin in seiner 800-jährigen Geschichte verlieh.

Vielleicht werden wir uns am 28. September, wenn wir Alexander Flemings große Leistung feiern, daran erinnern, dass Penicillin auch die Hebammen von Florey, Chain und Heatley sowie eine Armee von Laboranten erforderte.

Haben Sie eine Frage an Dr. Markel zur Entstehung eines bestimmten Aspekts der modernen Medizin? Senden Sie sie an [email protected].

Links: In einer monatlichen Kolumne für PBS NewsHour greift Dr. Howard Markel an ihren Jubiläen Momente auf, die den Kurs der modernen Medizin veränderten, wie die Entwicklung von Penicillin am 28. September 1928. Oben: Jean-Claude Fide wird mit Penicillin behandelt seine Mutter im Jahr 1948. Foto von Bert Hardy/Picture Post

Dr. Howard Markel Dr. Howard Markel

Dr. Howard Markel schreibt eine monatliche Kolumne für die PBS NewsHour, in der er bedeutsame historische Ereignisse hervorhebt, die die moderne Medizin weiterhin prägen. Er ist Direktor des Center for the History of Medicine und George E. Wantz Distinguished Professor of the History of Medicine an der University of Michigan sowie Autor von „The Secret of Life: Rosalind Franklin, James Watson, Francis Crick and the“. Entdeckung der Doppelhelix der DNA“ (WW Norton, September 21).